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顶部战双方墙壁就简化为平展壁面 前提

  高层建建火警时烟气正在横向分散通道内的扩散_建建/土木_工程科技_专业材料。万方数据 第3期 周 汝,等:高层建建火警时烟气正在横向分散通道内的扩散 413 间接经济丧失约10 384.5万元,严沉火警约412 起,伤亡人数约为801人,间接经济丧失约 18

  万方数据 第3期 周 汝,等:高层建建火警时烟气正在横向分散通道内的扩散 413 间接经济丧失约10 384.5万元,严沉火警约412 起,伤亡人数约为801人,间接经济丧失约 18 式中:f,为气体定压比热;A为气体的导热系数;g,, g,别离暗示辐射热源项和燃烧发生热源项。 (3)动量方程 206.7万元‘“。 因为横向分散通道是高层建建火警时人员疏 散的主要通道,火警烟气是从火源处由横向通道逐 渐扩散至纵向通道,然后成长到整个建建物,所以 要节制高层建建火警烟气的延伸扩散,必需起首弄 清火警烟气正在横向通道内逐步扩散的成长纪律。火 灾烟气流动和节制研究次要有两种方式:(1)火警 烟气流试验;(2)采用计较机模仿。采用实体尝试要 求较高,前提较为复杂,比拟而言,计较机模仿比火 灾试验更具有经济效应和适用价值[5。]。 l 詈cp,,+鑫c舰啪逐个差+鑫[∥c考+ 差,]一号丢c卢瑟,+隅 (4)组分方程 c3, 昙(|。C,)+去(p£)一熹(DID妻)一∞潮) 式中:C;为s组分气体的质量分数;D为s组分气 体的扩散系数;叫,为正在燃烧过程中s组分气体的 化学反映生成率。 高层建建内烟气流动的数学模子 火警发生后,烟气正在高层建建横向分散通道内 1.2湍流方程 正在火警过程中气体的流动是一种正在浮力感化 下的湍流流动。所以以上方程中各物理量都是正在湍 流过程中的瞬时值,而工程中所感乐趣的往往是各 的流动是一种高度复杂的3维非稳态、带扭转的不 法则流动。烟气的各类物理参数,如速度、压力、温 度等都随时间取空间发生变化。本文采用是一£两边 程3维紊流数学模子。该模子是目前工程流动和传 热问题的次要方式,正在气流组织模仿方面是目前工 程模仿中普遍利用的数学模子。 1.1根基守恒数学模子 1.1.1模仿的根基假设和简化 正在对高层建建发生火警环境下的烟气非稳态 流动和传热传质过程进行模仿之前可做以下几点 根基假设: (1)火警发生的烟流可视为多组分抱负气体; (2)风流及烟流遵照抱负气体形态方程; (3)火警烟流正在分散通道内流动的过程中不再 发生化学反映; (4)发生的高温烟气中次要考虑组分CO。; (5)发生火警前分散通道内风流和温度平均, 为必然值。 1.1.2根基守恒方程 对于场模仿次要描画流场的物理参数有6个, 别离是速度正在3个坐标标的目的的分量:“,u,训,温度 场参数丁,烟气的浓度C,流场的压力P。烟气的流 动遵照能量质量的守恒定律即:能量方程,动量方 程,持续性方程和组分方程。描述高温烟气流场的 各物理参数的方程如下[8] (1)持续性方程 物理量的时均值P—Iim亭l 9d£。能够定义一个 脉动速度为∥一9一玳人到的各个根基方程 中去,就获得了Reynolds时均方程组如下 f害+熹(ID云)一o {昙(阳亍)+麦(僦7)一鑫(A簧)一 l麦cP Wh^ {昙cP-J,+麦c.o孑:动逐个差+鑫[∥c警+c5, l警,]一鑫cP巩,一詈蠹c卢警,+隅 {昙c.oE,+基c,,蕊,一鑫cDP誓,一 l去cP形,毛 如许要求解各物理量的时均值就归结为寻求 芦,-的输运方程。这里使用工程上常用的具有浮力 批改的两方程模子‘…: (1)湍流动能意方程 警+丢c腿笨,=麦[c胁+等,差]+ G^+G。一雕 (6) 害+昙(刚一o a。如.…… 。 (2)湍流耗散率e方程 (2)能量方程 昙c问+丢c胁e,一乏[c肫+警,麦]+ 吾[c,(G。+G。)~c:P£] (7) 昙c脚T,+丢c胁c,T,一鑫(A瑟) 万方数据 414 南京航空航天大学学报 第39卷 (3)湍流粘性系数 肋t—c。触2/£ (8) 进时为~,流出时为岛;~为温度为f。的室外空 气密度;岛为温度为£。的室内空气密度;^。为从地 面起算到计较层高度,认为层数;矗。为从地面起到 中和面高度。 2.2.2 式中:G。一触(差+豢)豢为剪力发生项;G。一 一戤鲁塞为浮力发生项。 2 出口鸿沟前提 本文次要采用压力出口鸿沟前提。压力出口边 高层建建火警时烟气扩散的数值 模仿 界前提只需给定出口处的静压。 2.2.3壁面函数和壁面处置 正在固体壁面附近的粘性支层中,流动取换热的 2.1高层建建物理模子 该物理模子长、宽、高别离为60,30和100 m, 计较能够采用低Re数盯一e模子或壁面函数法。采 用低RP数Ⅳ一e模子时,要正在粘性支层内安插比力 多的节点。正在现代高层建建中,一般横向走道城市 进行拆修吊顶,顶部和两边墙壁就简化为平展壁面 前提。同时按照分歧的粉饰材料取分歧的壁面粗拙 系数。 2。3火警烟源的处置 房间烟气质量流速用以下公式计较[1¨ M—o.096u?y272?[g丁o/71]172 (11) 共31层,每尺度层建建高度3 m,如图1所示。疏 散通道长、宽、高别离为30,1.5和2.5 m(扣除吊 顶高度),如图2所示。 式中:U为火的周界;丁。为温度;7T为烟气温 度;弘为地板至烟层底部的距离。 3计较成果及阐发 图1高层建建热压分布图 3.1 初始前提 模仿地址正在南京,时间为冬季,火警别离发生 烟气层厚度 正在第3,4和8层的距前室门30 m处,并将不雅测点 设置正在通道内,高度别离为1.5,2.0和2.5 m,计 算时间为30 min。 3.2分散通道内温度沿长度的变化环境 以通道长度为横坐标,通道烟流温度为纵坐 图2烟气扩散图 标,阐发通道内烟气温度分布(图3~5),有以下结 论: 2.2鸿沟前提 2。2.1入口鸿沟前提 本文采用压力生齿鸿沟前提。因为热压形成了 门口空气的天然流动,它的压差为[1叼 △户一g(以一几)(^。一^。) (9) (1)烟气温度跟着通道的长度不竭降温,当到 达通道出口时,其温度已接近于室温,故正在火警发 生的短期内温度不是影响分散的次要要素; 计较高层建建内每一层空气的流量,而总流量 为零,由此能够计较出中和面。 IL。一sgn(笨o~^。)?口。A。√292』D△户 甾 \ 毯 赠 避 最 < Ⅳ (10) 【∑厶一。o n=1 式中:L。为计较层空气流入或流出量;%为流量系 数;A。为计较层对外启齿面积;』D为空气密度,流 图3第3层温度变化图 万方数据 第3期 周 汝,等:高层建建火警时烟气正在横向分散通道内的扩散 415 回 \ 艇 赠 爝 骚 一.s.m)\越喇褥晕 通道长度/m 通道长度/m 图4第4层温度变化图 图7第4层速度变化图 f 鼍 县 \ 魁 蝌 嫣 骚 通道长度/m 通道长度/m 图8第8层速度变化图 图5第8层温度变化图 (2)温度的变化速度跟高层建建楼层相关系, 楼层离中性层越远,通道内空气流量越大,温度变 化速度越快; (3)正在10 m的分界线以前,因为烟气取空气 夹杂的影响,烟气温度下降很快,而正在分界线当前, 其下降趋向缓和,故影响烟气温度的次要要素是烟 流取空气的夹杂,墙体传热只是一个次要的要素。 3.3分散通道内速度沿长度的变化环境 以通道长度为横坐标,通道内烟流速度为纵坐 标,阐发通道内烟气速度分布(图6~8),有以下结 论: (1)烟气速度跟着通道的长度不竭下降,因为 通道内对空气的卷吸感化,当达到通道出口时,其 2 2 1 1 速度根基取通道内空气速度分歧; (2)烟气速度的变化跟楼层相关系,离中性层 越远,其速度变化速度越大,烟气流量越大,取中性 层越近,其速度变化速度越小,烟气流量越小; (3)参考正在10 m的坐标线,通道内距离顶层 越近,其速度越大,速度变化越大,这是因为受烟气 的影响越大形成的。 3.4分散通道内浓度沿长度的变化环境 以通道长度为横坐标,通道内流体浓度为纵坐 标,阐发通道内烟气浓度分布(图9~11),有以下 结论: (1)正在统一楼层,高度越高,烟气浓度变化越 大。 p 。目 岛 1 1 O 邑 \ 一.∞.m一\越瑙蜡晕 O O 赵 豢 蛙 爆 筋∞乃卯筋∞西卯筋O 通道长度/m 通道长度/m 图6第3层速度变化图 图9第3层浓度变化图 万方数据 416 南京航空航天大学学报 第39卷 建建楼层相关系,楼层离中性层越远,热压越大,烟 囱效应越较着,故高层建建楼道内空气流量就越 p ‘g 大,使得烟气的温度、速度和浓度的变化速度越快, 导致烟气扩散加剧,给分散形成影响。所以高层建 建的高度和建建物表里的温差所发生的热压,即烟 囱效应是影响烟气扩散的次要缘由。火源距高层建 建的中和面越远,烟气扩散越快。 参考文献: 图10第4层浓度变化图 [1] cox G,Kumar s. ventilated Field mode“ng of Combustion fire in forced and 髫 \ 魁 矮 渔 煺 enclosures[J]. science Technology,1992,4(3):81—92. p 。目 making IEEE during a [2] cole H P,Vaught c,wiehagen w J,et a1.Decision simulated on mine fire escape[J]. 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Fire Safety Journal,1999,33(3):213—229. 结 论 [8] Mammoser J H,Battaglia F.A computational study on 通过对高层建建火警时烟气正在横向分散通道 内温度场、速度场和浓度场阐发,获得以下结论: (1)烟气温度跟着通道的长度不竭降温,影响 烟气温度的次要要素是烟气取空气的夹杂,而取墙 体的传热只是一个次要的要素。当烟气达到通道出 口时,其温度已接近于火警发生前的室温,故正在火 灾发生的短期内温度不是影响分散的次要要素。 (2)烟气速度跟着通道的长度不竭下降,因为 通道内烟气对空气的卷吸感化,当达到通道出口 时,烟气速度根基取通道内空气速度分歧,故正在火 灾发生的短期内高层建建楼道内的空气流动速度 是影响烟气扩散的主要要素。 (3)烟气温度、速度和浓度的变化速度跟高层 [9] the use of balconies to reduce Fire flame safety spread in high—rise apartment fires[J]. Journal, 2004,39(4):277—296. cheng L H,Ueng T H,Liu ventilation and fire in Fire Safety C w.simulation of the underground facilities[J]. Journal,2001,36(6):597—619. M J,Bostwick P.Numerical simula— fires and [10]E1ias tion s R,Raw of subway station of ventilation[J]. American Society Mechanical Engineers, Fluids Engineering Division(Publication)FED,1996,238 (3):557—562. [11]zhou Ru, He on Jiapeng. the sin91e A three space dimensional field simulation fire[c]//Asia Pacific Symposium ]427—1432. on Safety.Be讲ng:Science Press,2005: 万方数据

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