室内火灾发展过程稳定性数值计算与分析

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1、第21卷第3期中国安全科学学报Vol．21No．32011年3月ChinaSafetyScienceJournalMar．2011*室内火灾发展过程稳定性数值计算与分析112凌代俭副教授阚开慧徐志坚(1扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州2251272扬州大学基建处，江苏扬州225009)学科分类与代码:6202740(安全模拟与安全仿真学)中图分类号:X932文献标志码:A资助项目:江苏省科技支撑计划(BE2010699)。【摘要】为明确轰燃现象出现前火灾所处的状态，得到轰燃发生的临界条件，基于非线性动

2、力系统稳定性理论，针对描述火灾过程的一个典型微分方程，采用数值方法计算了系统Jacobi矩阵的特征值随时间的变化。计算结果表明在出现轰燃现象之前的火灾过程始终处于临界稳定状态。通过火灾过程的温度T(n+1)～T(n)曲线的数值计算验证了轰然发生的临界条件，对火灾非线性动力系统的时间演化过程进行了解释。【关键词】轰燃;特征值;非线性动力系统;稳定性;数值计算NumericalCalculationandAnalysisontheStabilityofanIndoorFireProcess112LINGDai

3、-jianKANKai-huiXUZhi-jian(1CollegeofCivilEngineering，YangzhouUniversity，YangzhouJiangsu225127，China2DepartmentofInfrastructure，YangzhouUniversity，YangzhouJiangsu225009，China)Abstract:Inordertodefinetheconditionofindoorfirebeforeflashoverandobtainthecritic

4、alconditionofflashover，asetoftypicaldifferentialequationsdescribingthefireprocesswasinvestigatedbasedonthetheoryofnonlineardynamicalsystems．NumericalmethodwasusedtocalculatetheeigenvaluesofJacobimatrixofthesystem．Thecalculationresultindicatesthatthefirepr

5、ocessbeforeflashoverisinacriticalstability．AndthecriticalconditionofflashoverwasverifiedaccordingtothetemperaturecurveT(n+1)－T(n)duringfire．Thisstudycanrationallyexplainthetimeevolutionprocessofthefiredy-namicalsystem．Keywords:flashover;eigenvalue;nonline

6、ardynamicalsystem;stability;numericalcalculation以及实施建筑消防的性能化设计。0引言在轰燃现象的研究中，人们提出了发生轰燃的不同判据，如，根据顶棚温度、地板表面辐射热通量、轰燃是室内火灾中的一种重要且常见的现象。室内火灾从发展早期形成的热烟气层和被加热的上或通风口是否有火焰喷出等参数或现象来进行判［1］层表面(包括壁面和顶篷)向火基底进行辐射，这种断。而从非线性动力系统理论的角度，通常认为热反馈增加了反应速率，导致室内绝大部分可燃物轰然现象处于一种临界状态，

7、因而可以采用描述系起火燃烧，标志着火灾已进入全面发展阶段。轰燃统动力学方程的Jacobi矩阵特征值的变化(即系统［2－6］是室内火灾过程中最危险的燃烧阶段，研究轰燃发稳定性的分析)作为发生轰燃的判据。对于一生的机理和临界条件将有助于预防轰燃措施的制定般非线性动力系统，可通过Jacobi矩阵特征值的实*文章编号:1003－3033(2011)03－0029－05;收稿日期:2010－12－18;修稿日期:2011－02－25中国安全科学学报第21卷·30·ChinaSafetyScienceJournal2

8、011年［3，7］部取值来判别平衡点处的稳定性，但是，由于燃式中:cp为常压环境中比热常数，等于烧现象自身的复杂性决定了描述火灾过程的微分方1003.2J/(kg·K);m为热烟流质量，kg;Vf为火势程往往非常复杂，要想获得其平衡点位置(解析解蔓延速率，m/s;Redge为燃料边缘影响火势蔓延速率或数值解)也十分困难。因此，一种变通的方法是的距离，取0.01m;Rmax为最大火势蔓延半径，取［2－6］直接计算Jacobi矩阵