体育馆火灾烟气的控制模拟研究-论文.pdf

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1、80科学管理体育馆火灾烟气的控制模拟研究常虹张佩东（中国联合工程公司，浙江杭州310022）摘要：本文根据某体育馆的建筑特点，按照火灾场景的设计原则，选取两个具有代表性的位置设置火源，再按照火源位置及建筑特点确定火源功率，并对体育馆建筑建立数值模型。根据不同的烟气控制形式具有不同的机械排烟效果，本文运用正交法对两种不同的火灾场景分别设计了3因素3水平的试验方案，模拟分析了烟气控制形式与可见的相关性，通过极差法和方差分析法得出了排烟速度、排烟口数量以及排烟口位置对机械排烟效果影响强弱的先后顺序，对体育馆建筑的烟气控制系统进行了优化研究。关键词：可见度；排烟速度；排烟口数量；排烟口位置DOI

2、：10.3969/j.issn.1671-6396.2014.04.0351引言∂(ρU)+∇⋅ρUU+∇P=ρf+∇τij——（式3）目前，虽然国内外学者对于大空间建筑火灾烟气控制做∂t了比较深入的研究，但是对于大空间的特殊建筑—体育馆，t=μ(2S−2δ(∇⋅U)ijijij，当i=j，δij=1；当i≠j，δij=0；并没有过多详细深入的分析和试验。尤其在防排烟的设计3中，设计人往往仅从满足规范要求和建筑美观的角度来设1∂ui∂ujS=(+),i,j=1,2,3ij置，而没有着重考虑排烟系统中排烟速度、排烟口数量及排2∂xj∂xi烟口位置的不同组合方式对机械排烟效果的影响。一旦发生

3、能量守恒方程：主要描述了能量在时空坐标中的变化。火灾，建筑屋内的排烟效果有可能达不到预期的效果。基于具体方程如下：以上原因，本文以某体育馆建筑为研究对象，运用正交法设∂Dp⋅m(ρh)+∇⋅ρhU=+q−∇⋅q+Φ计了3因素3水平的试验方案，利用FDS软件建立数值模∂tDt——（式4）拟模型，以可见度为评判标准，对比不同排烟系统的优劣，h=∫Tc(T/)dT/T0p通过极差法和方差分析法分析这三个因素对机械排烟效果22∂u2∂v2∂w2∂v∂u2Φ=t⋅∇U=μ(2SS−(∇⋅U)=μ[2()+2()+2()+(+)+ijijij作用强弱的先后顺序。3∂x∂y∂z∂x∂y∂w∂y2∂u∂

4、w22∂(ρu)∂(ρv)∂(ρw)22模型的建立(+)+(+)−(++)∂y∂z∂z∂x3∂x∂y∂z2.1FDS的数学模型——（式5）在实际火灾中，烟气浓度、温度、烟气速度、热流强度气体状态方程：等各种火灾参数均随空间和时间坐标的不同而有所改变（尤P=ρRT/M——（式6）其是不同高度处烟气浓度对人员的逃生尤为重要），所以只式中：ρ为密度；U为空间三维坐标（x，y，z）；T为m有掌握各个火灾参数在时空坐标中的变化规律，才能准确描温度；P为压力；t为时间；μ为动力黏度；q为单位体积述火灾的发生、发展过程，从而为控制火灾的发展提供理论中化学反应发热率。依据。各参数在空间、时间中的变化主要

5、由质量方程、动量2.2体育馆工程概况2方程和能量方程以及各种辅助性方程所构成的完整的数学某中型综合性体育馆，占地面积为5331m，总建筑面[1]积为11248m2，内设比赛大厅、看台区、网球馆、游泳馆以描述来体现。各种方程式如下。质量守恒方程（连续性方程）：本方程主要描述了时空及休息、娱乐、设备等附属用房。体育馆设比赛大厅、固定坐标中的质量变化。看台以及活动看台，整个体育馆按照3600人进行疏散设计。∂ρ∂(ρu)∂(ρv)∂(ρw)体育馆主体空间为单层，附属空间为二层，檐口高度17.10m，+++=0∂t∂x∂y∂z主体结构为钢筋混凝土框架，屋顶为钢结构网架。——（式1）∂(ρu)∂(

6、ρv)∂(ρw)2.3火灾位置的确定++∂x∂y∂z根据本体育馆建筑特点，起火位置选择了大厅和观众席其中是质量流密度。故（式1）2个火灾场景进行模拟，具体位置如图1所示。还可以表示为：∂ρ2火灾功率+∇⋅ρU=0∂t——（式2）火灾场景1，参照上海市地方标准《民用建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2000）的规定，按不设喷淋的公共场所，动量守恒方程：是牛顿第二定律在流体中的表现形式。选取8MW的中速火作为本场景火灾规模的设计值。具体方程如下；中国西部科技2014年4月第13卷第04期总第297期813正交试验设计运用正交分析法分析各因素对可见度的影响进行分析。表1因素及水平水排烟速

7、度排烟口数量排烟口位置平（A）（B）（C）16m/s（A1）8个（B1）顶棚（C1）28m/s（A2）12个（B2）侧墙（C2）10m16个二者3/s（A3）（B3）结合（C3）3.1火灾场景1中各因素对可见度的影响作用强弱次序3.1.1极差法：又称为直观分析法（详见表2）极差R的大小与因素对试验结果的显著性程度成正比。图1火灾场景2，火灾发生于比赛大厅二层看台区的最上方。某因素的极差R越大，说明它的水平变化对试验结果指标影主要的可