机舱火灾烟气层高度的确定方法

烟气层高度是火灾安全科学研究的重要参数之一。受限于烟气的不稳定性和易扩散性,人员很难确定船舶机舱等复杂火场内的烟气层高度。因此,以某损管训练舱为背景,通过搭建全尺寸实验平台,采用目测可视法得到烟气层的高度变化情况,并在此基础上比较了3种著名的烟气层高度确定方法(N百分比法、比例积分法和浮力频率法)。实验发现:N百分比法受温度影响较大,其仅适用于温度较低的火灾初期;比例积分法确定的烟气层高度与目测法存在较大差别;浮力频率法确定的烟气层高度与目测法得到的烟气层高度吻合度较好。该研究结论可以帮助学者和消防救援人员加深对船舶机舱火灾中烟气层高度确定方法的理解,指导其进行学术研究和开展消防救援。

横通道通风对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究

为探究隧道横通道通风对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS,对不同火源位置的横通道临界风速、主隧道温度分布以及烟气层高度进行研究。研究结果表明:在一定火源功率范围内,隧道横通道临界风速与火源功率的1/3次方成正比且火源距横通道越远,临界风速越小;当火源位于交叉口,横通道使用临界风速通风时,隧道内烟气温度明显降低,烟气迅速沉降到2 m以下;当火源距离交叉口10,20 m,横通道通风会加快火源下游烟气沉降,烟气沉降速度随横通道通风速率的增大而增大;当火源位于交叉口时,烟气沉降由横通道通风对烟气的降温作用和涡旋作用共同主导,当火源位于距离交叉口10,20 m时,烟气沉降主要由涡旋作用主导。

室外风对火灾烟气影响的试验研究

为研究室外风对火灾烟气的影响,设计并搭建了多功能火灾烟气流动与控制试验台,通过模拟产生不同风速的室外风,开展室外风对烟气层温度、烟气生成量和烟气沉降情况影响的试验研究。研究结果表明:当室外风速小于0.75 m/s时,烟气层温度随风速的增加下降很快,但室外风速继续增大,烟气层温度下降速度变慢;顶棚烟气最高温度出现在下风向0.10~0.17个无量纲距离内,火源下风向的温度总体比上风向温度高;室外风会使烟气生成量明显增加,但随着室外风速的增加烟气生成量增加的速率越来越小;随着室外风速的增大,烟气层分界面的最大温度梯度逐渐减小,烟气层分界面越来越不清晰,烟气将充满整个空间。

公路隧道内火灾烟气温度及层化高度分布特征试验

通过在云南昆明—石林高速公路阳宗隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下公路隧道内火灾烟气温度及层化高度沿隧道的分布特征进行了研究。结果表明:拱顶下方烟气温度沿隧道呈幂指数分布;纵向通风速度对烟气层高度沿隧道的分布有重大影响,纵向风速较小时,烟气可以在隧道上部空间维持较好的层化结构,不会影响火灾发生时人员的安全疏散,而较大的纵向风速将导致烟气层高度沿隧道迅速降到地面,对火灾发生时的人员疏散造成威胁。

机械排烟控制小室火灾烟气的实验研究

采用全尺寸实验对较大火源功率下机械排烟控制小室火灾烟气的效果进行了研究.根据小室内的温度分布特点以及所稳定的烟气层高度,通过实验数据和计算结果的对比,分析了较大火源功率下3种经典羽流模型在小室机械排烟过程中的适用范围.结果表明,在火源功率大于250 kW时,Heskestad模型的计算值与实验值符合较好,并进一步对实验数据进行拟合,修正了Heskestad模型,从而得出较大火源功率下,控制烟气从小室溢出所需要的风机风量与火源功率以及所控制的烟气层高度之间的半经验关系式.

纵向风速对隧道内烟气发展影响的实验研究

通过在鹰嘴岩隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下隧道内烟气发展过程进行了研究。结果表明,纵向风速和火源大小均对烟气层沉降有重要影响。相比之下,纵向风速对烟气层沉降的影响更大;火源位置较高时,烟气层热膨胀力较大,在距离火源一定距离外仍可产生上游方向的烟气逆流;一定坡度的隧道在某种条件下可以产生"弱烟囱效应",导致烟气向下游方向的流速增加。在隧道设计中可以考虑利用这一点来增加排烟效率。

高校宿舍楼火灾应急疏散研究

以某高校男生宿舍楼为载体,研究发生火灾时宿舍楼内人员的应急疏散情况。利用PyroSim和Pathfinder软件分别建立宿舍楼的火灾模型和疏散模型。通过PyroSim分析烟气层高度、烟气温度和能见度对疏散到一层楼梯口人员的影响。通过Pathfinder模拟发现宿舍楼人员疏散时间为414.8s,且当因火灾在一层楼梯口使人员处于危险境地时,还有大量人员没有疏散到楼外。提出增加外挂楼梯子的改进措施,得出最优的应急疏散方案,疏散时间减少1min。

超瘦高中庭自然填充烟气层高度预测方法分析

利用半经验公式和CFD数值模拟两种方法,对超瘦高型中庭自然填充烟气层高度进行预测分析。利用FDS软件建立某超高层建筑内部超瘦高中庭的物理模型,对计算数据结果进行处理得出烟气分层的时间和高度,以及随时间变化的烟气前沿高度。将模拟结果和现有理论公式的计算结果相比较,探讨现有公式与推导模型的差异性及可能的原因,为后期火灾模拟试验设计及超瘦高型中庭内烟气层高度预测模型的深化研究奠定基础。

性能化防火设计中设定人员安全判据研究

为提高建筑性能化防火设计中人员安全判据设定的合理性,研究各国建筑防火性能化设计规范和指南中关于人员安全判据的规定,包括烟气层高度、热量、能见度和毒性气体体积分数临界判据。结果表明,建筑高度会影响烟气层高度临界判据,设定判据时需特别考虑中庭、仓库等区域;环境湿度会影响人体对烟气对流热的耐受极限,选取判据时需考虑水系统灭火过程造成的环境湿度增大;设定能见度临界判据应考虑建筑空间大小,还应考虑烟气中刺激性气体的影响;设定毒性气体临界判据时,应考虑可接受的人员安全水平。

挡烟垂壁与排烟口设置对烟气层高度的影响

通过N百分比法,理论计算得到了挡烟垂壁与排烟口设置对商业建筑内相邻防火分区烟气层高度变化的影响。分析结果发现,挡烟垂壁凸出越多,烟气层下降速率更为缓慢,后期烟气层高度越高;排烟口距离火源越近,后期烟气层高度越高;排烟口朝向对烟气层高度的变化影响不大。

低温烟气层高度的一种新计算方法及实验验证

通过采用类内方差函数衡量阈值分界效果,发展一种新的烟气层高度计算方法.该方法首先计算不同可能温度阈值对应的烟气层和空间层之间的类内方差函数,以分类效果最好(对应类内方差最小)的温度阈值作为烟气层高度的分界判据.通过在某大空间实验厅开展全尺寸烟气沉降实验,比较了烟气温升较低时该方法和其他方法的计算结果.研究结果表明,该方法完全基于客观数据,保证了阈值选取的最优化,在烟气温升较低时具有明显优势,计算得到的烟气层高度变化曲线能更合理、有效地反映整个烟气层沉降过程以及火源熄灭后的烟气回升过程.

公路隧道火灾烟气层高度判定方法

浮力频率法、N百分比法、积分比法为常用的3种判断隧道火灾烟气层底部高度的方法,这3种判断方法计算结果与视觉观察结果通常存在偏差,为研究偏差程度及原因,基于火灾动力学模拟软件(FDS)建立长隧道模型,设定6种火源功率,通过竖向能见度分布验证现存判断方法与视觉结果的偏差程度,提出能见度突变法。结果表明:4种方法计算得出隧道火灾烟气层底部高度结果与视觉观察结果的偏差顺序为(按差值占隧道高度比例排序):能见度突变法(1.63%)<浮力频率法(4.88%)<N百分比法(N=30,7.88%)<积分比法(8.50%);积分比法和浮力频率法结果大于视觉结果;隧道竖向能见度值随高度增加先保持恒定,后突变迅速下降,且HRR越大,下降越快,能见度值越低。

公路隧道排烟耦合细水雾灭火研究

目的分析公路隧道排烟与细水雾共同作用下,对不同功率火灾的灭火效果,讨论不同排烟时间对细水雾灭火的影响.方法应用FDS软件对公路隧道4 MW和2.5 MW功率火灾模拟,设定排烟60 s、120 s、150 s启动.对火源热释放速率变化、火源根部温度及1.5 m高度CO体积分数进行分析.结果公路隧道火灾功率为4 MW时,开启排烟有助于隧道细水雾灭火,排烟与细水雾同时启动工况的灭火效果最佳.火灾功率为2.5 MW时,排烟与细水雾同时启动工况的灭火时间最短,60 s开启排烟工况灭火效果优于150 s排烟工况.结论排烟与细水雾耦合作用对隧道火灾灭火效果的影响与火灾功率有关.尽管排烟启动时间不同,对细水雾灭火效果的影响各异,但排烟对隧道内烟控效果有利.

基于K-均值算法的烟气层高度判定方法

经典算法对火灾烟气层高度判定存在无法划定烟气层纵向区间、计算步骤繁琐等问题,而K-均值算法具有自动进行类别划分的特征。以K-均值算法为基础构建了烟气层高度判定计算模型,针对K-均值算法易陷入局部最优的问题,利用分步设置最优聚类中心的方式优化了计算流程,利用搜寻边缘样本方法得出了烟气层高度值判定准则,并通过火灾烟气试验,对比分析了积分比值法、视觉标尺法、K-均值算法3种烟气层高度判定方法得到的烟气层高度值,以验证K-均值算法的有效性。结果表明:在烟气层温度数据梯度较小的位置,K-均值算法与积分比值法结果具有较好的一致性,而在烟气层温度数据梯度较大的位置两者的差异较为明显;K-均值算法所自动解算出的各纵向区间烟气层高度值具有均一性,能够更加突出表征烟气层高度的纵向区间分布特征。

基于“过渡层”的室内火灾三区域模型

在室内火灾双区域模型及多层区域模型的基础上,建立基于"过渡层"的室内火灾三区域模型.该三区域模型将上部烟气层与下部空气层视为均匀区域,而二者之间存在由于烟气掺混作用形成的过渡层,且过渡层内温度、密度、压强等参数连续变化.通过对过渡层的厚度、参数变化形式以及各层之间的质量、能量交换进行模化,获得不同火灾场景下各层厚度、温度等参数的预测步骤和计算方法.结果表明,与双区域模型相比,三区域模型过渡层内参数的连续变化能更真实地反映火灾时室内气体的参数分布和变化规律;与场模拟相比,三区域模型能大幅度节约计算时间及计算机成本.

基于超细水雾作用下的地铁站台空间火灾烟气温度特性

通过搭建超细水雾发生装置及地铁站台模型,进行了超细水雾作用下的烟气温度特性试验研究.结果表明:施加超细水雾后,烟气温度纵向分布在靠近火源的区域迅速衰减,之后温度基本不再变化,且对烟气层高度几乎无影响.另外,超细水雾可以迅速降低烟气温度,降温效果与雾化量、驱动气流速度、施加超细水雾时间等因素有关,雾化量、驱动气流速度增大温度降低,燃烧初期施加超细水雾的效果较好.随火源与超细水雾入口之间的距离增加,温度衰减趋势越迅速,且超细水雾入口位置对阻隔烟气扩散有一定作用.

大型舰船机库机械排烟系统优化设计

针对大型舰船机库火灾烟气控制问题,提出利用机械排烟将烟气排出舱外的方法,将机库通风系统改造为兼顾平时通风和火灾时排烟的通风排烟系统。为保证机械排烟系统的排烟效果,通过正交试验法对不同机械排烟方案进行多组模拟试验,选取烟气层高度和温度作为评价指标,采用综合评分法对多指标正交试验结果进行分析。对模拟试验所得数据进行极差分析和方差分析,在一定程度上得到机械排烟系统的最佳配置方案,优化机械排烟系统中的相关参数。

地铁火灾的盐水实验与计算机数值模拟

为了认识地铁火灾烟气的流动规律,达到为消防设计提供相关资料并采取合理消防措施的目的。采用缩尺盐水实验与计算机计算流体力学数值模拟相结合的方法对地铁火灾进行研究．研究受限空间火灾烟气运动的手段主要有全尺寸火灾实验、小尺寸模拟实验和计算机数值模拟3种．实验模拟了列车着火和站台着火2种情况。得到了地铁火灾的烟气流动规律,比较并分析了计算流体力学数值模拟与盐水实验得出的烟层无量纲高度和无量纲时间．计算流体力学数值模拟与盐水实验得到的烟气到达楼梯口所需时间相差为1．5～2 s,到达远侧楼梯口所需时间相差7．2 s．二者之间存在着一定的误差,但误差不大．同一时刻,数值模拟比盐水实验得到的无量纲烟层高度高0．1左右,变化趋势一致．结果表明,实验条件选取合理,方程模型选用和边界条件设置恰当,盐水实验与计算流体力学数值方法模拟地铁火灾均是可行的．

基于神经网络模型的大空间火灾烟气层降实时仿真

以大空间建筑为研究对象,使用基于火灾动力学的大涡模拟计算了不同排烟风机启动时间、排烟流量、补风口高度、补风口面积和对称性条件下的烟气层降过程,以数值模拟数据为样本建立了大空间烟气层高度的BP神经网络计算模型,提出了快速预测火灾烟气层高度的工程计算方法。采用VC++.NET平台调用Matlab引擎的方式实现与神经网络模型的数据交互,并以模型计算结果数据控制Vega Prime中粒子系统表现的烟气层高度,实现了虚拟现实环境下大空间火灾烟气层降的实时仿真。

办公楼火灾烟气流动特性数值模拟

通过模拟多层多室建筑火灾过程,研究火灾时着火房间、各楼层走廊的烟气层高度的分布规律,得出不同火灾场景的火灾危险临界时间,并将火灾过程中的现象和不同火灾场景的火灾危险临界时间进行对比分析。模拟结果可为综合评估建筑物火灾风险、辨别建筑物火灾危险因素、建筑消防系统设计等方面提供有价值的参考依据。