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

1、近年來，我國興建了越來越多的高層建筑，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產(chǎn)損失，統(tǒng)計結(jié)果表明，火災(zāi)中有超過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)運動主要驅(qū)動力有煙囪效應(yīng)，湍流混合運動，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)動力作用下高層建筑

2、火災(zāi)煙氣的運動特性以及這幾種作用力作用下房間內(nèi)火源的燃燒，對于高層建筑火災(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，采用實驗研究與理論分析相結(jié)合的方式，利用大空間的1∶3樓梯井實驗臺以及1∶3火溢流實驗臺，開展了相應(yīng)的研究。具體工作包括:
　　研究煙氣前鋒在頂部開放和頂部封閉的樓梯井內(nèi)的上升時間，結(jié)合理論分析，得到煙氣前鋒上升無量綱時間與樓梯井無量綱高度的定量關(guān)系式，結(jié)果表明，開放樓梯井

3、和封閉樓梯井內(nèi)的煙氣前鋒上升時間分別與火源功率的三分之一次方成反比，與無量綱上升高度的1.227次方和2.135次方成正比，與煙氣在豎井中的上升時間進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)煙氣在樓梯井中上升比豎井中慢。開放樓梯井內(nèi)的煙氣溫度在經(jīng)歷一段時間之后，會進(jìn)入一個穩(wěn)定的階段，即樓梯井內(nèi)的溫度不隨時間變化，分析穩(wěn)定階段樓梯井內(nèi)溫度的無量綱溫升與無量綱高度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)無量綱溫升隨著無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、過實驗數(shù)據(jù)驗證了這一點。分析樓梯井溫度穩(wěn)定分布情況下內(nèi)外的壓強差和樓梯井開口處空氣和煙氣的流速，得到了樓梯井內(nèi)煙氣流動的流動系數(shù)，流動系數(shù)的值表明，樓梯井的結(jié)構(gòu)對樓梯井內(nèi)煙氣流動的阻力非常大。
　　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動，前人研究封閉豎向通道內(nèi)流體湍流混合運動時未考慮壁面?zhèn)鳠?，本文通過理論分析建立了考慮壁面?zhèn)鳠岬呢Q向通道內(nèi)流體湍流混合運動方程。在1∶3尺寸的樓梯井實驗臺中，開展了一系列火源產(chǎn)生的熱浮力

5、羽流在頂部封閉的樓梯井中湍流混合運動實驗，并將實驗數(shù)據(jù)與前人及本文推導(dǎo)的湍流混合運動方程的數(shù)值求解結(jié)果進(jìn)行對比。對比結(jié)果表明，本文提出的湍流混合運動方程可以較好地模擬強熱浮力羽流在頂部封閉的豎向樓梯井內(nèi)的湍流混合運動，前人的模型計算的結(jié)果比實驗值偏高。
　　研究了多個開口的樓梯井在火災(zāi)情況下中性面的位置，通過實驗中測得的溫度數(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，計算火災(zāi)情況下多個開口樓梯井的中性面位置，計算結(jié)果和實驗得到的結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)兩者符合得較好。結(jié)果表明在相同開口狀況下，不同火源功率對樓梯井中性面位置的影響較小，火源功率較小時，樓梯井中性面高度會偏低。在三個開口的樓梯井中，樓梯井的中性面位置主要由樓梯井的開口狀況決定。
　　利用1∶3尺寸的火溢流實驗臺，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度，建立了火焰