倒锥形屋顶开口火灾烟气蔓延模型-论文.pdf

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1、j罐熬礴瓣静倒锥形屋顶开口火灾烟气蔓延模型刘超(ft．化市消防支队，湖南怀化4180OO)摘要：根据倒锥形屋顶开口的特点，提出不同烟气层高程，采用Heskestad等羽流模型作为发烟量的计算模型。度情况下烟气溢流量计算方法。结合现有室内火灾烟气质量根据倒锥形屋顶开口的特点，提出不同烟气层高度情况控制方程、能量方程、气体状态方程和室内火灾羽流模型，提出下烟气溢流量计算方法。代入烟气质量控制方程并离散不同烟气层高度情况下烟气溢流量计算方法，在此基础上给出化，得到烟气层高度计算迭代方程。同理，将气体状态方室内火灾烟气层高度和烟气平均温度计算方式。并将

2、得到的程、发烟量计算方程和本文提出的烟气溢流计算结果代方程离散化，得到室内火灾烟气层温度和烟气平均温度计算离人能量控制方程并离散化，即可求得烟气的平均温度。散方程。与已有试验结果进行比较后表明，理论分析与试验结分析方法见图1所示。果接近。关键词：倒锥形开口；烟气蔓延；烟气层高度；烟气温度中图分类号：X913．4，TK121文献标志码：B文章编号：1009—0029(2014)O5一O524一O4建筑内发生火灾，往往会产生大量的烟气，由于遮光性、有毒性等因素，烟气会对火场中人员的安全疏散产生图1倒锥形屋顶开口火灾烟气夏延分析方法重大影响。通常建筑

3、采用机械排烟或者自然排烟，当采2控制方程用自然排烟时，火灾时建筑物内的烟气层高度不仅与火图2是倒锥形屋顶开口烟气溢流图，笔者将分别推源功率、建筑几何尺寸有关，还与建筑开口有关。导不同烟气层高度下的烟气蔓延计算模型。在此之前，近年来，有关学者对排烟口对火灾时室内烟气的影笔者先给出烟气质量控制方程、能量方程和气体状态方响进行了较多研究。李忠辉等运用等效窗口面积法对复程，见式(1)～式(6)。杂开口条件下房间中性层关系进行了数学推导，构建了l复杂开口房间中性层计算数学模型；李耀庄等采用数值／＼模拟的方式研究了不同开口状况下多层建筑火灾烟气运动；陈长坤

4、等利用IS09705全尺寸标准火灾试验系统，通⋯{过试验研究和理论分析的方法，研究了几种常见羽流模一f型在室内火灾区域模拟中的适用性；方廷勇等采用小尺廊『寸烟气迁移试验台研究了开口对烟气从狭长走廊向远端火瓣非火源房问迁移的影响行为。图2倒锥形屋顶开口烟气蔓延分析模型目前，关于建筑开口影响火灾烟气蔓延的研究中，主烟气质量控制方程：要针对顶部水平开口和侧面垂直开口，较少针对倾斜的d／T／u一∑一∑(1)开口。而倒锥形屋顶开口在日常生活中比较常见，研究倒锥形屋顶开口烟气蔓延对于火灾时人员的安全疏散具m=lDI厂(z)dZ(2有重要意义。因此，笔者采用

5、理论分析的方式，给出倒锥式中：m为室内烟气的总质量；∑为各羽流进入热气形屋顶开口烟气蔓延计算模型，该模型考虑不同烟气层高度情况下烟气的溢流模型，给出烟气层高度和烟气层层的质量流率之和；∑为各通风口流出烟气的质量平均温度理论分析过程。通过离散过程，得到火灾情况流率之和为烟气密度；H为房间高度；Y为烟气层高下倒锥形屋顶开口房间的烟气层高度和平均温度计算模度；_厂(Z)为高度Z位置房间的截面积。型。最后，采用已有倒锥形屋顶开口的火灾试验数据对能量方程：理论分析结果进行验证。=∑一∑一hw-(3)1模型方法的构建结合现有室内火灾烟气质量控制方程、气体状

6、态方Q。一Q(4)524FireScienceandTechnology，May2014，Vo

7、33·No．5Q一mc。(T一To)(5)Q+QR—hkAf(T一To)(6)式中：c为等压比热容；∑Q为各羽流进入热气层的热流之和；’Q为各通风口流出热气层的热流之和；Q为热气层对壁面(屋顶和墙)的对流换热率；Q为热气层通过热辐射单位时间净损失的能量；为火灾的对流热释幽3HU2>HN>Y>HIJ2时烟气王延不惹图放速率比例系数，一般取为0．6～0．8；Tu为热烟气的平对H～H。高度的烟气溢出量进行积分，得到总溢均温度；为环境空气温度；h为室内折合对

8、流换热系出量：数，综合考虑烟气层与壁面和下层空气层的对流、传导和‘／7'／vCdpgrIWH2·dk√^／辐射热交换，建议取为0．015kW／(m·℃)；A为着火房间的地板面积。一蠢cawwz~／2(Pa—Pg)g(Huz—H)。(15)假设所有气体都为理想气体，根据理想气体状态方另外，中性层以下开口空气补充量如下：程有式(7)：优l—CdWH1Hu12lD(一)g(HN-y)(16)poRTo—101RTl—pRTu(7)3发烟量计算模型一cw(y—H),／2p．(-p)g(H-y)+经典的羽流模型有Heskestad羽流模型、Thomas羽

9、流模型、Zukoski羽流模型、McCaffrey羽流模型等，其中caw一。(H—y)(17)Heskestad羽流模型如下：根据质量守恒原理，有一+