高層建筑豎向通道內(nèi)煙氣輸運(yùn)規(guī)律及著火房間火行為特性研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)興建了越來(lái)越多的高層建筑，且伴隨著高層建筑火災(zāi)事故頻發(fā)，造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，火災(zāi)中有超過(guò)百分之八十的人員死亡是由于有毒煙氣造成的。高層建筑由于建筑高，撲救和控制火勢(shì)難度大，人員疏散困難。建筑內(nèi)部的豎向通道（電梯井，樓梯井，管道井）容易成為火勢(shì)迅速蔓延的重要途徑?；馂?zāi)煙氣在高層建筑的豎向通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)主要驅(qū)動(dòng)力有煙囪效應(yīng)，湍流混合運(yùn)動(dòng)，熱浮力，另外還容易受到外界風(fēng)的影響。因此研究這幾種驅(qū)動(dòng)力作用下高層建筑

2、火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)特性以及這幾種作用力作用下房間內(nèi)火源的燃燒，對(duì)于高層建筑火災(zāi)防治有著重要意義。
　　本文圍繞煙囪效應(yīng)，湍流混合作用，熱浮力，外界風(fēng)等作用力，采用實(shí)驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方式，利用大空間的1∶3樓梯井實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及1∶3火溢流實(shí)驗(yàn)臺(tái)，開(kāi)展了相應(yīng)的研究。具體工作包括:
　　研究煙氣前鋒在頂部開(kāi)放和頂部封閉的樓梯井內(nèi)的上升時(shí)間，結(jié)合理論分析，得到煙氣前鋒上升無(wú)量綱時(shí)間與樓梯井無(wú)量綱高度的定量關(guān)系式，結(jié)果表明，開(kāi)放樓梯井

3、和封閉樓梯井內(nèi)的煙氣前鋒上升時(shí)間分別與火源功率的三分之一次方成反比，與無(wú)量綱上升高度的1.227次方和2.135次方成正比，與煙氣在豎井中的上升時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)煙氣在樓梯井中上升比豎井中慢。開(kāi)放樓梯井內(nèi)的煙氣溫度在經(jīng)歷一段時(shí)間之后，會(huì)進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的階段，即樓梯井內(nèi)的溫度不隨時(shí)間變化，分析穩(wěn)定階段樓梯井內(nèi)溫度的無(wú)量綱溫升與無(wú)量綱高度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)無(wú)量綱溫升隨著無(wú)量綱高度的增加而指數(shù)衰減，衰減的系數(shù)近似與樓梯井內(nèi)的煙氣的質(zhì)量流量成反比，并通

4、過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這一點(diǎn)。分析樓梯井溫度穩(wěn)定分布情況下內(nèi)外的壓強(qiáng)差和樓梯井開(kāi)口處空氣和煙氣的流速，得到了樓梯井內(nèi)煙氣流動(dòng)的流動(dòng)系數(shù)，流動(dòng)系數(shù)的值表明，樓梯井的結(jié)構(gòu)對(duì)樓梯井內(nèi)煙氣流動(dòng)的阻力非常大。
　　研究了煙氣在頂部封閉的豎向通道內(nèi)湍流混合作用下的運(yùn)動(dòng)，前人研究封閉豎向通道內(nèi)流體湍流混合運(yùn)動(dòng)時(shí)未考慮壁面?zhèn)鳠?，本文通過(guò)理論分析建立了考慮壁面?zhèn)鳠岬呢Q向通道內(nèi)流體湍流混合運(yùn)動(dòng)方程。在1∶3尺寸的樓梯井實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，開(kāi)展了一系列火源產(chǎn)生的熱浮力

5、羽流在頂部封閉的樓梯井中湍流混合運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與前人及本文推導(dǎo)的湍流混合運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值求解結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，本文提出的湍流混合運(yùn)動(dòng)方程可以較好地模擬強(qiáng)熱浮力羽流在頂部封閉的豎向樓梯井內(nèi)的湍流混合運(yùn)動(dòng)，前人的模型計(jì)算的結(jié)果比實(shí)驗(yàn)值偏高。
　　研究了多個(gè)開(kāi)口的樓梯井在火災(zāi)情況下中性面的位置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，風(fēng)速數(shù)據(jù)以及拍攝的視頻，判定了多開(kāi)口樓梯井中性面的位置。結(jié)合樓梯井內(nèi)的溫度分布，利用流體靜力學(xué)方程，伯

6、努利方程和質(zhì)量守恒方程，計(jì)算火災(zāi)情況下多個(gè)開(kāi)口樓梯井的中性面位置，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者符合得較好。結(jié)果表明在相同開(kāi)口狀況下，不同火源功率對(duì)樓梯井中性面位置的影響較小，火源功率較小時(shí)，樓梯井中性面高度會(huì)偏低。在三個(gè)開(kāi)口的樓梯井中，樓梯井的中性面位置主要由樓梯井的開(kāi)口狀況決定。
　　利用1∶3尺寸的火溢流實(shí)驗(yàn)臺(tái)，研究了在著火房間熱浮力作用下，著火房間外的溢流火焰形態(tài)，分析了溢流火焰在水平和豎直方向上的長(zhǎng)度，建立了火焰