注册消防工程师技术实务讲义：烟气流动的驱动作用.doc

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1、烟气流动的驱动作用为了减少烟气的危害，应当了解建筑烟气流动的各种驳动作用，以便对火势发展做出正确的判断，在建筑设计中做好烟气控制系统的设计。(%1)烟囱效应当外界温度较低时，在诸如楼梯井、电梯井、垃圾井、机械管道、邮件滑运槽等建筑物屮的竖井内，与外界空气相比，由于温度较高而使内部空气的密度比外界小，便产生了使气体向上运动的浮力，导致气体口然向上运动，这一现象就是烟囱效应。当外界温度较高吋，则在建筑物屮的竖井内存在向下的空气流动，这也是烟囱效应，可称之为逆向朋囱效应。在标准大气压下，由正、逆向烟囱效应所产生的压差为：（式5-4-10）上式中，AP为压差(Pa)；Ks为修正

2、系数(Po・K/m),取3460；To为外界空气温度(K)；Ti为竖井內空气温度(K)；h为距中性面的距离(m)e此处的中性而指内外静压相等的建筑横截而，高于中性而为正，低于屮性而为负。图5-4-1给出了烟囱效应所产生的竖井内外压差沿竖井高度的分布，其屮正压差表示竖井的气压高于外界气压，负压差则相反。图5-4-1烟囱效应所产生的竖井内外压差示意图烟囱效应通常是发生在建筑内部和外界环境Z间，图5-4-2分别给出了正、逆向烟囱效应引起的建筑物内部空气流动示意图。Ti>TOTi

3、气交换的通道沿高度分布较为均匀，则中性而位于建筑物高度的一半附近；否则，中性面的位置将冇较大偏离。烟囱效应是建筑火灾中竖向烟气流动的主要因素，烟气蔓延在一定程度上依赖于烟囱效应，在正向烟囱效应的影响下，空气流动能够促使烟气从火区上升很大高度。如果火灾发生在中性面以下区域，则烟气与建筑内部空气一道窜入竖井并迅速上升，由于烟气温度较高，具浮力人大强化了上升流动，一旦超过中性面，烟气将帘出竖井进入楼道。若相对于这一过程，楼层间的烟气蔓延可以忽略，则除起火楼层外，在屮性面以下的所冇楼层小相对无烟，肓到着火区的发烟最超过烟囱效应流动所能排放的烟最。如果火灾发牛.在中性血以上的楼层

4、，则烟气将山建筑内的空气气流携带从建筑外表的开口流出。若楼层Z间的烟气蔓延可以忽略，则除着火楼层以外的其它楼层均保持相对无烟，直到火区的烟生成量超过烟囱效应流动所能排放的烟量。若楼层之间的烟气蔓延非常严重，则烟气会从着火楼层向上蔓延。逆向烟囱效应对冷却后的烟气蔓延的彫响与正向烟囱效应相反，但在烟气未完全冷却时，其浮力还会很大，以至于甚至在理想烟囱效应的条件下烟气仍向上运动。（二）浮力作用着火区产牛的高温朋气由于其密度降低而具有浮力，着火房间与环境之间的压差可用与公式（5-4-11）类似的形式来表示：（5-4一11）式屮：AP为压差（Pa）；Ks为修正系数，取3460（P

5、q・K/m）；T。、Tp分别为周围环境及着火房间的温度（K）；h为中性而以上距离（m）oFung进行了一系列的全尺寸室内火灾实验测定压力的变化，试验结果指出对于高度约3.5m的着火房间，其顶部壁血内外的最大压差为16Pa0对于高度较人的着火房间，由于屮性面以上的高度h较人，可能产牛很大的压差。如果著火房间温度为700°C,贝帅性血以上10.7m高度上的压差约为88Pa,这対应于强度很高的火，所形成的压力已超fllTFI前的烟气控制水平。图5-4-3给川了由烟气浮力所引起的压差I11J线。150若着火房间顶棚上有开口，则浮力作用产生的压力会使烟气经此开口向上而的楼层蔓延。

6、同时浮力作用产生的压力还会使烟气从墙壁上的任何开口及缝隙、或是门缝中泄露。当烟气离开火区后，由于热损失及与冷空气掺混，其温度会有所降低，因而，浮力的作用及其影响会随着与火区之间距离的增人而逐渐减小。（三）气体热膨胀作用燃料燃烧禅放的热虽会使气体明显膨胀并引起气体运动。若考虑着火房间只有一个墙壁开口与建筑物其它部分相连，则在火灾过程小，建筑内部的空气会从开口下半部流入该着火房•间，而热烟气也会经开口的上半部从着火房间流出。因燃料热解、燃烧过程所增加的质量与流入的空气相比很小，可将其忽略，则着火房间流入与流出的体积流量之比可简单地表示为温度之比：（式5-4-12）式中：3°

7、■分别为着火房间流出烟气的体积流量和流入着火房间空气的体积流量(m3/s),石九分别为和应的烟气和空气的平均温度(K)o若建筑内部空气温度为20°C,当空气温度达到600°C时，其体积约膨胀到原來的三倍。对有多个门或窗敞开的着火房间，由于流动面积较大，因气体膨胀在开口处引起的压差较小而可以忽略，但对于密闭性较好或开口很小的着火房间，如燃烧能够持续较长时间，则因气体膨胀作用产生的压差将非常重要。(%1)外部风向作用在许多情况下，外部风町在建筑的周围产生压力分布，这种压力分布可能对建筑物内的烟气运动及其蔓延产生明显影响。一般，风朝着建筑物吹过