工程师职称论文投稿家居类建筑火灾的数值模拟与分析.doc

工程师职称论文投稿：家居类建筑火灾的数值模拟与分析 摘 要： 本文以某普通家庭二室住宅为研究对象基于火灾动力学的相关知识，利用FDS建立了家居类建筑火灾的数值模型并进行全尺寸模拟，通过模拟试验得出火灾发生过程中烟气运动、温度变化和能见度变化等的规律。 关键词： FDS；火灾数值模拟；家居类建筑；抽风机 1 引言 随着中国经济的快速增长，城市化进程的加快，小型家居建筑越来越密集的出现在我们的视野之中。部分建筑结构复杂，电气设备多，人流密度较大，造成火灾危险性大。 家居类建筑火灾特性主要表现在以下几个方面。 （1）小型家居建筑虽然疏散距离较短，疏散人员较少，但发生火灾时烟气会在室内快速蔓延，烟气层高度急剧下降，特别是当小空间建筑火灾发生轰然后，室内烟气出现紊流状态，烟气层厚度可能降至地面，人员疏散面临危险。 （2）火灾蔓延迅速，各类消防规范没有对家居类建筑进行强制的规定，火灾的危险性存在着很大的不确定性，不仅对人员安全构成重大威胁，也对火灾后消防队员灭火救援造成了影响。 因此，如何控制火灾烟气的产生和蔓延，延长人员可用逃生时间，确保建筑物安全至关重要。为了研究小空间建筑，特别是小型家居类建筑火灾时烟气流动特性，笔者运用火灾模拟软件FDS对一个普通家庭二室住宅火灾烟气进行了模拟。 2 数值模型方案设置 2.1 FDS简介 本文采用FDS 5场模拟软件进行火灾模拟。FDS是由NI ST(Nati on alInstitute of Standards and Technology，美国商务部标准技术研究所)开发的计算机场模拟软件。它是一种以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体力学(CFD)模型，适用于因火灾引起的烟气和热传输规律的研究。 FDS由NIST定期在网上公开发布，由于FDS的功能强大，模拟结果可靠性高，目前已被越来越多的业内人士采用。 2.2 火灾场景设定 模拟实体为长22.5m、宽10m、高3m的普通二室建筑，FDS模拟计算设定网格大小为边长0.3m的立方体单元。在A室设置三个沙发，材料均为泡沫，还有一些简单物品，材料同样为泡沫，铺设松木地板，隔墙为石膏墙；B室地板为松木地板，与室外隔墙为石膏墙；房间的开口情况如下表1。 在模型中，我们假设起火原因是由沙发A上电器电线短路发热造成的。取红色小方块（0.5m×0.5m）为火源，热释放速率为6000kw/m2,按照t2平方火快速增长，a=0.047kw/s2,具体模型如下： 2.3 模型方案设置 根据对火灾死亡原因的调查得知，火灾中威胁火场人员生命安全的主要因素有火源辐射热以及有毒烟气和粉尘等。因此，为了确保火场内人员的生命安全，可以通过空气能见度、烟气温度、烟气层高度等具体参数来度量人员生命安全的可耐受条件，估计人员疏散可用时间，以此判断人员所在区域的安全性。 基于以上三个主要的性能化评估指标，并且考虑到A室和B室的两个门附近的生存条件对于人员安全有最直接的重要性，因为人员逃生集中在此局域，所以作者在房间的两个门洞口附近分别设置检测空气能见度、烟气温度和烟气层高度的设备，图2和图3分别为两个门附近的检测设备示意图。 3 实验结果与分析 3.1 烟气高度分布模拟分析火灾烟气是一种混合物，包含了大量的气相、固相和液相的物质，其中的CO等有毒气体和浓度达到一定标准的CO2都能使室内人员的生命安全受到威胁，统计结果表明：80%以上的火灾中死亡者是烟气所致，所以，火灾场所中人员要尽可能少接触到烟气，这就需要在烟气层高度下降到1.8m左右前保证人员都顺利疏散到安全地带。 图4～7是随时间推移，室内烟气的纵向分布情况： 通过模拟表明，烟气流动在房间A内是一种受限运动。热烟气的温度比初始空气温度高，温度差导致的密度差，进而在浮力的作用下，形成火羽流迅速到达顶棚，遇到顶棚的阻碍，烟气的垂直运动转变水平扩散，遇到墙壁又开始垂直流动，随着烟气量的不断增多，烟气层的高度也在下降，整个房间将充满烟气；与此同时，烟气通过门洞1扩散到B室后，B室内的烟气流动规律与A室基本一致，但是由于B室没有直接的火焰，并且烟气通过门洞2直接排到室外，所以烟气层高度的下降速度要滞后于A室。 通过设置的烟气层高度的检测装置，可以得到三处烟气层高度随时间的函数曲线图，如图8～10所示。 三个图对比可以发现，A室门洞1附近烟气层高度达到1.8m大概在50s左右，而B室门洞2附近需要100s左右才会接近人能忍受的烟气层高度。 烟气能见度分布模拟 烟气具有减光性，一般用减光系数（K）来衡量烟气的衰减程度，而人们在有烟场合下的能见度（Visibility）必然有所下降，而这会对火灾中人员的安全疏散造成严重影响。能见度指的是人们在一定环境下刚刚看到某个物体的最远距离，减光烟气将使能见度降低，进而减慢人员疏散速度