室内火灾区域模拟烟气羽流模型的适用性

结合不同的烟气羽流模型与门口溢流模型,对室内火灾过程进行建模,利用区域模拟方法计算室内热烟气层厚度及温度随时间的变化情况.利用ISO 9705全尺寸标准火灾实验系统进行实验研究,通过计算结果与实验结果的比较,分析不同羽流模型的适用性.结果表明:Thomas模型与McCaffrey模型预测的羽流流量值偏大,导致烟气温度计算值比实验值偏低,不适用于大功率火源的情况;Zukoski模型预测的羽流卷吸量偏低,其温度计算值比实验值偏高,适合于小功率火源的情况;Heskestad模型预测的羽流流量值较为稳定,区域模拟结果与实验符合得较好,可用于大功率火灾羽流的预测.

火灾过程中羽流模型及其评价

总结了Zukoski(1)、Zukoski(2 )、NFPA、McCaffre和Thomas -Hinkley几种常见的羽流模型和适用条件 ,运用算例对几种常见羽流模型的羽流质量流量、保持一定冷空气高度条件下的热烟气层温度和排烟体积流量进行了对比分析。结果表明 ,在冷空气层高度 2m～ 3m时 ,各羽流模型的计算结果较为接近 ;在冷空气层高度较大时 ,小面积火源条件下Zukoski(1)、Zukoski(2 )、NFPA三个模型的计算结果较为接近 ,McCaffre模型计算的羽流质量流量最大 ,热烟气层温度最低 ,排烟体积流量最大 ;大面积火源条件下 ,McCaffre模型和Thomas -Hinkley模型相比 ,羽流质量流量大 ,热烟气层温度最低 ,排烟体积流量大。在相同房间高度和地板面积条件下 。

不同羽流模型在封闭空间池火灾中的应用

利用不同羽流模型对封闭空间火灾进行建模,在结合实验测出的热释放速率基础上,计算了不同羽流模型下的烟气填充时间和温度变化情况。将计算结果和实验数据进行了对比,分析了不同羽流模型的适用性。结果表明:火灾初期,4种羽流模型下的烟气填充速度相近,其中McCaffrey羽流模型与实际烟气填充过程最为接近;火灾后期,Zukoski羽流模型最接近实际烟气填充过程;火灾过程中,Thomas羽流模型和Zukoski模型计算结果非常接近,Thomas羽流模型更适用于一般的工程计算;4种羽流模型下的烟气层温度和实验结果有很大差异,实际工程中均不建议用来预测烟气温度。

经典羽流模型分析

对火灾科学发展的重要理论基础经典羽流进行研究,系统分析了Morton理想羽流模型、Zukoski模型、Heskestad模型、McCaffrey模型、Thomas-Hinkley模型和NFPA 92B模型。通过对经典羽流模型的对比分析及研究,梳理了各种经典羽流模型的提出过程及发展情况,分析了羽流形态、质量流量公式,研究了不同经典羽流模型的实验基础、适用范围和应用条件,为实际火灾实验及火灾模拟研究提供思路。

FDS和羽流模型在大空间建筑火灾中应用的研究

介绍了几种常见的轴对称羽流模型及其使用条件,通过数学计算和FDS模拟运算对几种模型在大空间建筑中的羽流质量流量、相同清晰高度下热烟气层的温度进行了对比分析,总结出大、小面积火源条件下,更为适用于大空间建筑的模型,为大空间建筑中的防排烟设计提供了参考。

室内火灾机械排烟效果的模型计算与实验研究

研究了机械排烟情况下,室内烟气层保持在一定高度时,机械排烟速率和羽流卷吸速率的关系,并采用不同羽流卷吸模型和溢流模型,计算一定排烟速率下、不同火源功率时烟气层的稳定界面高度.在一个具有一定通风口高度的全尺寸普通房间内进行了实验,通过实验结果和计算结果,分析了机械排烟对烟气的控制效果,讨论了机械排烟情况下受限空间内的羽流模型的适用情况,同时对影响模型计算结果的一些因素进行了分析.

火灾环境下钢构件升温过程的模型研究

对良好分层情况下的室内火灾进行建模 ,研究了实际火灾环境下的钢构件升温过程。在全尺寸的实验房间开展了油池火燃烧实验 ,通过不同的羽流模型和溢流模型 ,预测室内温度和钢构件温度的变化 ,并对羽流模型的适用性和影响计算的一些参量做了分析。

高大空间池火羽流中心线轴向温度试验研究

开展高大空间640kW及1 080kW的小功率油池火灾试验,试验测量火源上方4.0～7.5m处羽流中心线的轴向温度。采用经典McCaffrey模型、Zukoski模型以及Heskes-tad模型预测羽流中心线轴向温度,并将理论预测值与试验值进行对比。对比结果表明:三种羽流模型预测的羽流中心线轴向温度与真实火场温度基本相吻合。McCaffrey模型预测的羽流中心线轴向温度最高,Heskestad模型次之,Zukoski模型预测温度最低。Heskestad羽流模型较适合于高大空间的小功率油池火灾火场温度的精确预测。火源功率较大时,Zukoshi模型预测结果可能较真实火场温度小。

逆向坡度隧道内羽流触顶区温度的研究

建立城市地下隧道模型,利用火灾羽流模型及FDS研究不同的通风方式、不同坡度对火灾羽流触顶区温度变化的影响。火源功率取为5MW,隧道坡度为2.0%、3.0%、5.0%,通风方式为自然通风、纵向风速2m/s通风。对比计算值与模拟值的差异。结果表明,当隧道顶棚受到燃烧羽流火焰影响时,随着坡度的增加,顶部下方的最高温度略有降低,火源区上游的温度降低,火源区下游的温度则变化很小,火源区上游的安全范围随之扩大。在坡度隧道内,相比较自然通风方式,纵向通风的形式能有效降低触顶区温度,防止棚顶衬砌结构破坏。

隧道火灾纵向通风下羽流触顶区温度变化研究

根据Boussinesq相似性,利用流体力学基本方程,建立隧道火灾羽流三维模型,并借助量纲分析方法,推导了触顶区温升公式。在假设的隧道模型下,通过改变火源功率和纵向风速设计了多个算例,利用温升公式进行计算,并与场模拟结果比较,归纳了触顶区温度的变化规律。结果表明,同一火源功率下,触顶区温度随纵向风速增加而降低,并趋于一稳定值,其大小约为最高温度的1/3。还对温降过程中的突变现象进行了分析,讨论了中心低温区及不同羽流对温度的影响。最后对火灾救援的通风策略提出了建议。

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.

室内家具火灾发展过程实验研究及模拟

结合国内家具火灾的实际情况,通过全尺寸实验方法研究不同面料的家具自身燃烧行为及其对单室火灾动力学的影响;采用区域模拟的思想,以McCaffrey模型和通风口溢流模型对室内烟气质量守恒进行建模,研究烟气层的高度和温度;对实验结果和计算结果进行对比,分析McCaffrey模型在家具火灾情况下受限空间内的适用情况。

单室火灾烟气运动的双层区域模拟

室内火灾双层区域模拟中需考虑到压力的变化,利用热力学第一定律推导了室内气体参数随时间变化的常微分控制方程组.该方程组刚性,可采用吉尔算法求解.在选用Heskestad羽流公式的基础上,计算了某单室火灾在房间平面面积与机械排烟量分别为49m2,0.3m3/s;49m2,0.4m3/s;100m2,0.3m3/s;100m2,0.4m3/s四种工况下室内与室外压差、烟层高度、上层烟气温度、下层空气温度随时间的变化规律.结果显示:室外压差随时间变化迅速;Heskestad与Mcaf-frey羽流模型在算例中具有较好相似性;烟层的下降与上层烟气温度的升高较多地受到房间平面面积的影响,而受顶部排烟量的影响较少.

地下车库移动排烟问题的工程方法研究

发展地下车库是解决当前地面停车困难的有效方法之一,其发生火灾时的排烟方式和排烟量的确定也是当前急需解决的消防问题。结合对部分消防中队移动排烟设备的调查统计,提出了依据烟气生成量经验羽流模型来确定实际火场移动排烟量的工程方法,同时也得出了目前消防部队所配备的移动排烟设备还不能完全满足实际火场计算排烟量需求的结论。

火源位置的不同对自然排烟的影响

在双区模型的基础上,给出墙边羽流和轴对称羽流的排烟稳态方程,最终求得烟气层密度以及高度。通过FDS模拟,得出不同工况下的排烟效果,验证了理论计算结果。得出结论认为,同种火源条件下,墙边羽流模型由于烟气产生速率小于轴对称羽流模型,烟气层密度较大,高度较高。

高级脉冲等离子推力器在强力Ⅱ.1上的验证

本文描述在有关各方的共同努力下,高级PPT(脉冲等离子推力器)在将于1999年1月发射的强力Ⅱ.1(MightySatⅡ.1)空间飞行中的验证工作的进展,当前正在为这次飞行研制的PPT与以前的经飞行验证的模型相比,在技术上代表了一次大踏步的前进。虽然强力Ⅱ.1卫星的运载工具还没有最后确定,目前暂时考虑采用航天飞机Hitchhiker弹射系统(HES)。在选择这种发射系统的情况下,通过用PPT提升强力Ⅱ.1卫星的轨道,将使它在1年内显著提高在轨寿命1～3个月。由于PPT的高比冲(>1000s)、低系统质量(<5kg),而且当无动力时具有惰性性质(这是减少航天飞机组装要求的关键),PPT是增加小卫星寿命理想的推进系统。除了增加任务的寿命,还专门设计了在轨操作规程以严格试验PPT并验证它与强力Ⅱ.1卫星的相容性,为未来在国防部、NASA和商用卫星上的应用进行确认。

关于中庭建筑防排烟系统设计中排烟量的探讨

中庭建筑发生火灾的情况下,排烟系统设计的目标是应确保烟气层在认可的安全高度之上以利于室内人员的逃生或是使烟气层下降到危险高度所需的时间大于建筑物内人员安全撤离所需要的时间,因此排烟量的确定是排烟系统设计的关键。本文对中庭建筑火灾中2种火源工况下产烟量的计算公式进行了介绍,并与我国高规中确定排烟量的方法进行了对比。研究结果表明,对于轴对称羽流,NFPA模型能给出较好的预测结果;对于阳台喷射羽流,还存在一定的争论,对该情况下的羽流卷吸机理还需进行更深层次的研究;由换气次数确定的排烟量,尽管方便使用,但还存在许多不足,不能满足性能化分析的要求。本文的研究结果为我国相关规范的制订和性能化设计提供一定的依据。