基于FDS的办公大楼火灾数值模拟研究

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导师姓名
王景刚
学科专业
供热  供燃气  通风及空调工程
文献出处
河北工程大学   2015年
关键词
办公大楼论文  数值模拟论文  火灾烟气论文  人员逃生论文
论文摘要

随着城市化进程的加快,越来越多的中高层建筑出现在城市中,然而困扰建筑安全的火灾问题一直没能很好的解决。其中办公大楼作为主要的办公场所,可燃物种类繁多而且数量很大,发生火灾的概率很高。一旦发生火灾,火灾产生的高温气体会通过走廊和楼梯间在整栋楼里蔓延开来,这将给办公大楼里的人员的生命带来巨大的威胁,也会造成巨大的而且是无可挽回的经济损失。因此,研究火灾烟气在办公大楼里的蔓延规律具有很重要意义。本文主要研究的是办公大楼发生火灾时的烟气流动状况。首先通过pyrosim建立办公大楼的物理模型;然后合理选择的火源类型,热释放速率以及火灾增长因子等相关参数,为后续的FDS模拟做好了足够的准备;最后采用大涡模拟的方法,对办公大楼以及地下车库的火灾烟气的蔓延状况做了全面的模拟研究。通过Pathfinder对办公大楼内的人员疏散做了细致的分析。对模拟结果表明:(1)无论是窗户开启还是关闭,火灾产生的高温都已经超过了人体忍受的极限值[2]。对房间内部人员会构成严重的威胁;对于烟气层高度和烟气层能见度而言,从窗户新进的新鲜空气会与火灾产生的烟气进行混合,从而对烟气层高度及能见度造成扰动。但是窗户关闭时,烟气层高度会在火灾发生后50s内迅速降低到1m以下,不利于人员逃生;走廊和其他各楼层的温度变化主要是受烟气的热辐射的影响,但都低于人体的耐受温度,楼层越高,烟气沉降越厉害[2]。(2)火源在中间层即二层的房间内时,火灾几乎对一层没有影响。但是三层至六层的温度比火源在一层时明显要高出的值约为10℃。3到6层烟气层能见度,烟气层高度与火源在一层时基本上相同。(3)火源在顶层,火灾所带来的严重后果基本上不会对1至5层带来多大的影响。(4)在使用了无风管诱导通风的地下车库,烟气层高度开始会下降,短时间后会迅速上升。而没有使用机械通风的地下车库烟气层高度会随着时间的推移逐步下降,在170s后烟气层高度已经不足1m,影响了人员逃生。本文的研究对于办公大楼的火灾烟气蔓延规律,为以后的人员安全逃生有一定的意义[2]。也为以后类似建筑的防火措施能够提供合理化的指导意见。对消防模拟训练也能提供一定的帮助。

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摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.1.1 研究目的

1.1.2 研究意义

1.2 建筑火灾模拟的研究现状

1.2.1 国外火灾模拟的研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法

第2章 办公大楼火灾烟气蔓延及控制研究基础

2.1 火灾燃烧基础

2.1.1 火灾发生的机理

2.1.2 着火和灭火

2.2 火灾烟气的运动特性

2.2.1 烟气的的产生与性质

2.2.2 烟气的遮光性

2.2.3 烟气的流动

2.3 本章小结

第3章 办公大楼火灾计算机模拟方法研究

3.1 火灾研究的基本模型

3.1.1 经验模型

3.1.2 网络模拟

3.1.3 区域模型

3.1.4 场模拟

3.2 场模拟软件介绍

3.3 火灾过程的场模拟程序—FDS

3.3.1 FDS的主要功能

3.3.2 FDS的使用范围

3.3.3 FDS求解的基本方程

3.3.4 大涡模拟法

3.3.5 FDS湍流模拟

3.4 办公楼火灾场景的设定

3.4.1 火灾场景的分类

3.4.2 火灾场景的确定原则

3.4.3 火灾发展影响因素的确定

3.5 火灾荷载和热释放速率研究

3.5.1 火灾荷载研究

3.5.2 热释放速率的设定

3.5.3 热释放率模型

3.6 办公大楼火灾燃烧特性参数的设定

3.6.1 办公楼火源的设定

3.6.2 办公楼火灾荷载密度的确定

3.6.3 办公楼火灾增长因子a 的确定

3.6.4 办公楼火灾热释放速率曲线的确定

3.7 本章小结

第4章 办公大楼火灾数值模拟分析

4.1 办公大楼基本情况介绍

4.2 房间火灾数值模拟

4.2.1 数值模拟条件

4.2.2 数值模拟结果分析

4.3 2 层楼层相同火源位置

4.3.1 2 层着火房间烟气层高度分析

4.3.2 2 层着火房间温度分析

4.3.3 着火房间烟气能见度的影响

4.3.4 走廊烟气层能见度分析

4.3.5 各楼层走廊温度分布

4.4 6 层楼层相同火源位置

4.4.1 着火房间烟气层高度分析

4.4.2 着火房间温度分析

4.4.3 着火房间的烟气能见度分析

4.4.4 走廊烟气层高度分析

4.4.5 走廊温度分析

4.5 本章小结

第5章 办公大楼的地下车库的通风和防排烟分析

5.1 地下车库火灾特点

5.1.1 地下车库火灾时的燃烧特点

5.1.2 地下车库火灾时烟气流动的特点

5.1.3 地下车库火灾的发展与蔓延

5.1.4 地下车库火灾时的疏散

5.2 地下车库的通风与防排烟设计

5.2.1 地下车库通风和防排烟设计原则

5.2.2 地下车库通风量和排烟量的确定

5.3 射流诱导原理

5.4 地下车库工程概况

5.5 原工况通风系统的FDS模拟

5.5.1 诱导风机数量的确定

5.6 模拟结果分析

5.6.1 热释放速率分析

5.6.2 不同时刻可见度分布分析

5.6.3 不同时刻的能见度分析

5.6.4 不同时刻的温度分析

5.7 本章小结

第6章 办公大楼火灾中人员的疏散研究

6.1 疏散基本条件

6.2 基于性能化设计的建筑安全疏散

6.3 火灾产物对人员疏散的影响

6.3.1 火场空间温度

6.3.2 安全疏散分析的基本假定条件

6.4 疏散参数

6.4.1 疏散人数确定

6.4.2 人员步行速度的确定

6.5 计算模拟分析

6.5.1 疏散软件Pathfinder介绍

6.5.2 疏散模型建立

6.5.3 疏散时间模拟

6.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

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