地采暖单层大空间火灾烟气运动理论及实验研究-论文.pdf

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1、一媾瓤黔取辫计：地采暖单层大空间火灾烟气运动理论及实验研究李璞。，左青锋，李倩文。，汤红涛(1．开封市消防支队，河南开封475000；2．中南大学消防工程系，湖南长沙410000；3．郑州市消防支队，河南郑州450000)摘要：从地暖采暖导致的单层大空间环境中的温度梯度温度变化较大。出发，理论分析该环境中室内火灾烟气的运动规律，建立适用进一步研究表明，在室内空气温度随高度增加而减于该环境的火灾烟气上升阶段和下降阶段的模型，初步分析火小的环境中，空气处于不稳定状态，易于发生对流。可认灾烟气上升阶段的影响因素。设计建造小规模实验装置，分12为该环境下垂直方向上的室内空气存在

2、一定垂向速度。种工况对地暖采暖环境中的火灾烟气运动规律进行实验研究，1．2地暖采暖单层大空间的火灾烟气上升运动得到烟气羽流速度随高度的变化及烟气层高度随时间的变化1．2．1理论基础等，验证该环境中火灾烟气运动的理论模型。认为烟气羽流是多相的，烟气在作为一个整体上升关键词：地暖采暖；烟气运动；单层大空间的过程中，有部分烟气颗粒由于尺寸较大或浮力较小而中图分类号：X9l3．4，TU832．1文献标志码：A不能继续随整体羽流上升向周围空气扩散，产生所谓的文章编号：10090029(2O14)06—062206多相羽流间的滑移。另外，根据上述地暖采暖空间的热环境分析，假设空间内

3、空气的垂向流动在烟气羽流外侧近年来，地暖采暖作为一种新型的经济、节能技术被形成环形羽流，构成所谓的双羽流结构。广泛应用于民用建筑，并开始应用于许多高大空间建筑假设空间中央远离壁面处有点型火源，在其产生(如体育场馆、会展中心等)。地板供暖空间的热量主要的烟气的上．升过程中，冷空气不断从环境羽流卷吸人烟由地板向上部空间辐射产生，有效热量集中在人体活动气羽流，而热烟气不断从烟气羽流卷吸入环境羽流，并有的区域，减少人体高度以上空间的无效热供给。研究发部分烟雾颗粒由于浮力变小不足以跟随整体烟气的一卜升现：地暖采暖大空间的地面上方会形成随高度增加室内而开始向环境羽流滑移。因此，烟气

4、羽流流动主要受一温度递减的热环境，其中的空气不稳定，火灾烟气羽流运个因素控制：作用于烟气羽流的浮力；羽流与环境羽流间动规律具有特殊性。的湍流卷吸作用；烟气羽流与环境羽流间由于滑移而产目前，国内外对单层大空间室内温度分布均匀和随生的浮力逸出。高度增加而递增环境中的烟气运动研究比较充分。而针1．2．2控制方程对地暖采暖大空间形成的温度随高度增加递减环境中烟根据Turner等人的分析结果，温度分布均匀环境中气运动规律研究的相关报道较少，国外已有的相关研究的自相似假设及卷吸假设在不均匀环境中仍然适用。烟也仅处于尝试阶段，研究采用这种供暖方式的空间中火气羽流的体积守恒、动量守恒、

5、质量守恒方程，分别为式灾烟气的运动规律显得非常必要和紧迫。(1)～式(3)。1理论分析dQ,1．1地暖采暖单层大空间的热环境一(“bz)一Ei-EoE(1)根据空间垂向不同区域空气流动状况及温度分布特征，地暖采暖空间内垂直温度分布区域可自下而上划分一(矾2)一b2g(fD)+Eopui-E，为单向热浮力射流区(高度Z。)、紊流混合区(高度Z)、(2)单向逆流区(高度Z。)。在单向热浮力射流区，由于底部as,_aE_T[Ui6(P一10)]一E(P一po)一(E。+E)(ID一lD)热源的作用形成一定高度的单向热浮力射流，空气温度。。沿垂向向I：线性减小；在紊流混合区，空

6、气温度沿垂向继(3)续线性减小，但由于空气紊流度较大，易于相互掺混，减式中：Q为任意高度(上烟气羽流体积流量，rn／s；M．小幅度往往较小，温度接近一定值；在单向逆流内，由于为任意高度上烟气羽流动量，kg·ms；S．为任意高度低温顶棚的作用，附近空气温度较低，形成一定高度的垂上烟气羽流质量流量，kg／s为当地烟气羽流平均竖向向向下的单向空气逆流，空气温度沿垂向向上线性减小，速度，m／s；“。为当地环境羽流平均竖向速度，m／S；po为基金项目：河南省基础与前沿技术研究项目(】42300410289)622FireScienceandTechnology，June2014，

7、VoI33，No．6当地环境空气密度，kg／m。；．D为当地烟气羽流平均密度，单层大空间中火灾烟气运动参数，见式(8)～式(10)。kg／m。为火源高度处环境空气密度，kg／m。；E．为从环b一21／s丌“GR(8)境羽流卷吸至烟气羽流的空气流通量；E。为从烟气羽流甜一2，8丌Ha¨。G。FU(9)卷吸至环境羽流的烟气流通量；E。为烟气横向扩散至环gpo-p一2-5／87[-1／40[G5△(10)境羽流的滑移流通量，m。／s；b为烟气羽流的半径，m。从方程分析得出：火灾烟气的初始浮力通量(F。)越根据卷吸假设，E和E。可分别表达为式(4