温室效应和烟囱效应在双层呼吸式玻璃幕墙中实际效果验证及定性分析

温室效应对双层呼吸式玻璃幕墙热工性能存在负面影响,烟囱效应的实际效果也没有直观感受。本文对某双层呼吸式玻璃幕墙进行了一次简易热工性能实测,目的是对存在的温室效应和烟囱效应实际效果进行验证,进一步对夏季高温环境下双层呼吸式玻璃幕墙的隔热效果和原理进行定性分析。

沈阳某超高层住宅电梯井烟囱效应的模拟研究

以沈阳某超高层住宅电梯井为例,运用CFD模拟方法探究不同通风方式对电梯井的影响。设置自然通风开孔面积为1 m^(2),不同开孔距离分别为9 m、30 m;机械通风的风量为3600~10800 m^(3)/h。建立理论热压与电梯门两侧压差的关系,实际测量不同室外温度下电梯门两侧压差,分析不同通风方式对电梯门两侧压差的影响。自然通风与机械通风协同送入室外冷风的冷却效果最显著。采用机械通风时,必须控制机械通风的风量和风速,送入最小风量以达到建筑节能要求。

环境风烟囱效应对高层建筑竖向通道火灾烟气行为耦合影响

为探究高层建筑竖向通道火灾烟气在环境风与烟囱效应耦合下的输运行为,以赣州市某高层建筑的竖向通道为研究对象,采用Pyrosim建立4种火灾场景的物理仿真模型,并运用火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator,FDS)模拟分析环境风与烟囱效应耦合作用下竖向通道火灾烟气蔓延行为。结果显示:在环境风或烟囱效应单因素作用下,竖向通道中的烟气蔓延速度与CO体积分数均上升;环境风速越大,对竖向通道内火灾烟气温升的抑制效果越强。在环境风与烟囱效应双因素耦合作用下,竖向通道中火灾烟气的相关行为特征更加显著,烟气到达竖向通道顶部时长最大缩减了44.5 s,同高度CO体积分数最大涨幅达到0.13百分点,竖向通道内温升则出现明显削弱现象。研究结果可为高层建筑竖向通道防火及排烟设计提供理论依据。

烟囱效应作用下火灾烟气蔓延规律模拟

为研究高层建筑火灾烟囱效应产生后的烟气蔓延规律,基于FDS火灾模拟软件,以某高层建筑为例,对比分析了4种不同横截面尺寸竖井烟气蔓延特性,引入竖井无量纲长径比判断烟囱效应明显与否,研究了烟囱效应的产生特征及其烟气蔓延规律,分析了建筑中性面之上楼层的温度、CO体积分数和能见度变化。结果表明:无量纲长径比在8左右时竖井内烟气流速发生突变,竖井内大部分区域烟气流速达到6 m/s,产生明显的烟囱效应;中性面以上的楼层受烟气危害远大于中性面以下,且烟气在中性面以上的水平蔓延速度随层高增加而不断加快;随着火势发展,中性面之上疏散走道温度均超过了安全疏散的临界温度60℃,距离火源越远的楼层CO体积分数达到临界值的速度越快。研究为高层建筑火灾的防排烟设计和人员疏散条件的确定提供了理论依据。

寒冷地区超高层建筑设计中烟囱效应应对策略分析

寒冷地区四季气候温差、建筑室内外温差、垂直高度温差都远远大于其他地区,在冬季,建筑室内电梯在使用过程中经常会出现电梯门关不上、运行中产生噪声、啸叫声的问题,即烟囱效应的问题。对此,文章在分析烟囱效应作用原理及影响因素的基础上,以某一寒冷地区超高层建筑设计为例,通过数据模拟分析的方法,分析烟囱效应对建筑室内电梯的影响,并提出了增强建筑外维护气密性、优化外门设置部位、合理划分电梯竖向分区、局部空间增设隔断、重点部位减少漏风量等设计中需重点关注的应对措施。

单坡度V字形隧道火灾中等效纵向风速及温度场研究

火灾发生在水下隧道的变坡点附近时,隧道结构可简化为单坡度V形隧道。在单坡度V形隧道发生火灾时,烟气运动会受到一侧倾斜隧道烟囱效应的影响。采用FDS数值模拟研究方法,对自然通风状态下单坡度V形隧道火灾中的等效纵向风速以及隧道温度场进行研究,并建立了预测模型。结果表明,火灾产生的等效纵向风速与隧道坡高和热释放速率有关,其数值大小与热释放速率的1/3次幂和无量纲坡高成正比;单坡度V形隧道顶板下烟气的最大温升随着坡度的增加而线性递减,整个火灾下游的烟气温度分布呈指数衰减,且坡度越大,纵向烟气温度在火源周围的衰减越明显,衰减曲线也更陡峭。

基于烟囱效应的域控制器散热器结构优化

为了满足域控制器各芯片散热需求及散热器轻量化设计要求,依据烟囱效应,设计了一种自然对流散热方案。通过单因素控制变量法,探究了翅片厚度、翅片间距、翅片高度和烟囱高度对散热性能的影响及其规律。结果表明:散热器中引入烟囱效应可以显著提升翅片进风口处的气流速度,从而改善自然散热效果。同时还可以减少散热器的质量,降低材料成本。在此基础上,采用中心复合设计方法构建响应面进行多目标优化设计,得到烟囱式散热器最优参数。

烟囱效应形成机理的实验

依据相似原理建立小尺寸竖井实验台,研究了竖井底部温度和前室补气口流速随火源与竖井中心线距离的变化规律,建立了稳态条件下的竖井内温度、速度分布模型.研究结果表明,烟囱效应的产生主要是由于竖井内外压差与烟气自身浮力的联合作用,但是在不同范围内所发挥的作用不同:在火源距离竖井中心线较近区域(l/L<0.825),竖井内外压差起主要作用;在火源距离竖井中心线较远区域(l/L>0.825),烟气的自身浮力起主要作用.

竖井烟囱效应对隧道火灾影响的数值模拟分析

文章采用三维CFD方法对竖井的烟囱效应对隧道火灾的影响进行了数值模拟,分析了火灾时隧道内的温度、压强及烟流速度分布特征,证明了烟囱效应能有效增强隧道火灾的排烟能力,并定性分析了竖井高度与烟囱效应的关系,即在一定高度范围内,烟囱效应随竖井高度的增大而增强,但竖井高度的烟囱效应存在着一个临界值。

不同竖井侧向开口位置对烟囱效应影响的实验研究

利用火灾科学国家重点实验室典型小尺寸竖井模拟实验台开展了系列实验,通过改变不同侧向开口位置组合,对竖井内烟气温度进行定量测量,揭示了不同竖井侧向开口位置对烟囱效应的影响程度。实验结果表明:竖井内烟气运动过程是随着竖井结构的不同而变化的,主要取决于进气口及顶部、侧向开口打开情况。该研究较为全面的分析了全封闭竖井、全开放竖井、仅中性面以下侧向开口开放、仅中性面以上侧向开口开放及中性面以下、以上侧向开口均有开放等不同竖井结构内烟气运动规律,进而揭示了不同侧向开口位置组合对烟囱效应的影响程度。

楼梯井内烟囱效应对着火房间燃烧和溢出烟气的影响研究

实验研究了楼梯井内的烟囱效应对着火房间燃烧速率、补风速度、羽流温度等的影响。实验在一个模拟尺寸的十二层的楼梯井实验台内进行,实验时开启楼梯井顶层直通室外门。火灾时楼梯井内的烟囱效应加速了空气在楼梯井内的对流,使火源区从外界单侧卷吸空气,形成着火房间单侧强补风下的燃烧,燃烧速率比开放空间下的燃烧快,同时使得火焰向前室一侧倾斜,出现火焰"分岔"现象。与火源位于一层的工况相比,当火源位于六层,且首层门开启时,楼梯井内下部空气向上部烟气的掺混较大,着火房间门口进风速度减小,羽流的倾斜角度变小,温度较高,而当首层门关闭时,则减小了楼梯井下部空气与上部烟气的掺混,使得楼梯井内的上部烟气温度较高。

竖井烟囱效应作用下的隧道火灾通风数值模拟

采用三维数值模拟的方法,对某带竖井隧道的火灾工况进行模拟计算。通过分析竖井烟囱效应作用下的压力场,以及由此对隧道内速度场和温度场产生的影响,进一步表明了在以竖井烟囱效应作用力为主要动力的情况下,配合以4m/s的通风风速可以有效遏止回流。

单纯烟囱效应作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

采用现场实验、理论分析及场模拟相结合的研究方法,通过设置六种不同场景,分别测试了不同时间不同竖井高度处的温度及压差变化过程,最终定量总结了单纯烟囱效应作用下竖井结构内的烟气运动规律,为高层建筑实际防火设计及人员疏散提供理论基础和实践指导依据。

烟囱效应作用下竖井型隧道火灾时的烟气扩散

运用FDS对不同烟囱高度的竖井型隧道着火时烟气扩散情况进行模拟,得到隧道内温度和CO体积分数的变化特征及烟气纵向蔓延规律和沉降规律。结果表明,竖井型隧道采用自然通风能起到很好的排烟效果。火源正上方产生的高温对隧道顶棚结构具有较大的威胁,但火源附近安全高度处烟气温度迅速降到环境温度,不会对人员安全疏散构成威胁。安全高度处CO体积分数随时间的增加呈上升趋势,且随着与火源距离的增加先增加再降低至0。在300s内各处烟气均没有降到安全高度1.75m以下,对人员疏散影响较小,人员有足够时间疏散至敞开段。

坡度隧道的火灾烟囱效应的升压力分析

烟囱效应是坡度隧道火灾烟气控制中重要影响因素,其数值与隧道内温度分布密切相关。在综合瑞士规范、Opstad模型的基础上,视着火隧道内热烟气扩散情况,作者提出了三区域温度分布模型。根据能量守恒原理,依次建立火区、下游烟气扩散区烟流沿程温度分布预测模型及其计算参数确定方法,进而预测烟囱效应升压力大小。以某长大公路隧道为例,通过差分解算讨论了火灾热释放速率、隧道坡度、火区长度对着火隧道烟气沿程温度分布、烟囱效应组成及其数值的影响。

高层建筑烟囱效应及风压联合作用的模拟研究

采用多区域网络模型数值模拟方法,结合风洞试验和CFD数值模拟结果,对一栋340 m超高层建筑的烟囱效应及风压联合作用问题进行了模拟分析.研究发现:1)纯烟囱效应导致的建筑内部电梯与室外压差曲线为线性分布,符合理论分布规律;随风速增大,电梯与室外压差分布逐渐受到风压主导,压差分布曲线由线性转向非线性,风速越大效应越显著.2)建筑中性面位置受风速影响较小,密闭性较差的避难层对避难层电梯以及上下层电梯的压差分布影响明显.3)不同风向对烟囱效应压差表现出不同的作用:在冬季高频风向ENE下,整体上风压抑制热压;而在风向为N时,风压增强热压;在夏季高频风向ESE下,避难层以外楼层风压抑制热压,避难层风压增强热压.4)提高幕墙密封等级及增加电梯前室门阻隔单元等措施,可有效缓解烟囱效应过大压差.

LED球泡灯的烟囱效应散热设计与实验

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明:烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04℃,比优化前下降了9.62℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9℃,且散热器重量下降了2.55g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。

烟囱效应在大功率LED灯具散热器设计中的影响分析

烟囱效应具有强化对流、增强换热的能力。本研究设计了一款基于烟囱效应的大功率LED灯具散热器,采用有限元分析法分析烟囱效应在散热器散热过程中的作用效果。分别探讨了烟囱的高度、烟道孔径以及烟囱个数对散热器散热性能的影响。研究表明,本研究中烟囱烟道孔径的最佳尺寸为6mm。烟囱的高度可依据散热器的高度设计取40 mm^50 mm。在设计条件允许的前提下,烟囱个数越多散热器散热效果越好。

基于烟囱效应的地下建筑通风系统研究

针对目前地下建筑如隧道、地下车库等通风排气系统采用的机械换气方式,耗能大、噪音大、效果不佳等缺点,提出基于烟囱效应利用太阳能的通风系统,并对其通风效果和换气能力进行了理论分析和数值仿真.计算和仿真结果表明,此种方式能够较好地达到地下通风换气效果.

基于烟囱效应的高海拔超长公路隧道横通道设计参数研究

为研究烟囱效应作用下高海拔超长公路隧道的横通道间距及宽度等设计参数,以天山胜利隧道为例,运用火灾动力学模型FDS(fire dynamics simulator)建立了不同坡度的高海拔公路隧道三维火灾燃烧模型,分析了高海拔隧道火灾温度及烟气的分布规律,给出了隧道内火灾模式下人员的可用安全疏散时间。考虑了高海拔及烟气对疏散速度折减、人体特征、车辆类型及载客量等因素,采用三维人员仿真模型Pathfinder建立了不同隧道横通道间距与宽度组合下的人员疏散模型,得到人员的必需安全疏散时间。基于安全疏散准则,给出了不同坡度下天山胜利隧道横通道的设计间距及宽度推荐值。结果表明:隧道坡度越大,烟囱效应越明显,火源上坡方向温度上升及可视度下降速度越快,可用安全疏散时间越少;隧道坡度为0.5%、1%、1.367%及1.8%时,距离火源上游250 m处的可用安全疏散时间分别为496、456、430、415 s。天山胜利隧道儿童、成年男性、成年女性及老人的疏散速度分别为0.72,1.07、0.91、0.65 m/s。当隧道坡度为0.5%、1.0%、1.367%和1.8%时,建议横通道间距(宽度)分别设置为250 m(2 m)、250 m(2.2 m)、220 m(2 m)和220 m(2.2 m)。