室內(nèi)火災(zāi)的穩(wěn)定性分析與三維場模擬.pdf

1、火災(zāi)科學(xué)研究的內(nèi)容包括火災(zāi)發(fā)生的原因，火災(zāi)發(fā)展的過程以及防治方法和機(jī)理，涉及到的基礎(chǔ)理論包括災(zāi)害學(xué)、工程物理學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)工程、安全工程、電子信息工程、系統(tǒng)工程和計算機(jī)科學(xué)等。火災(zāi)的現(xiàn)象包羅萬象，但究其本質(zhì)都包括起火、火災(zāi)蔓延、煙氣傳播、人員疏散、消防滅火等過程，從這些過程的分析中可以掌握火災(zāi)發(fā)展的規(guī)律。建筑火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展呈現(xiàn)隨機(jī)性和確定性雙重特征，隨機(jī)性體現(xiàn)在發(fā)生時間、地點、燃燒過程的非線性動力學(xué)特性，確定性體現(xiàn)在火災(zāi)整個發(fā)展過程都遵

2、循著能量、動量、組分濃度守恒等規(guī)律。本文側(cè)重分析火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展和非線性動力學(xué)特征的基本規(guī)律，研究大型超市建筑火災(zāi)的共性問題，目的在于獲得火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展和蔓延的機(jī)理，驗證建筑物的防火設(shè)計、火災(zāi)探測與滅火系統(tǒng)的工作效應(yīng)。通過這些分析，能夠?qū)π陆ǔ械冉ㄖ姆阑鹪O(shè)計、現(xiàn)有建筑的火災(zāi)安全狀況作出客觀的評價，對防火的性能化設(shè)計提出有效和經(jīng)濟(jì)的合理建議。本文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)分析超市等大空間建筑特有的結(jié)構(gòu)特征和火災(zāi)隱患，

3、比較不同火災(zāi)模型和計算機(jī)模擬方法的理論基礎(chǔ)和適用范圍，重點闡述區(qū)域模型和場模型的模擬軟件和工作機(jī)理，由此選用區(qū)域模擬軟件CFAST模擬單室火災(zāi)，選用場模擬軟件FDS模擬大空間賣場火災(zāi);
　　 (2)建立以倉庫為例的單室模型，設(shè)定周圍環(huán)境參數(shù)、熱邊界條件以及火源的熱釋放速率，模擬單室?guī)旆康幕馂?zāi)發(fā)展過程，得到了不同火源功率、通風(fēng)條件、機(jī)械排煙和噴淋工況下室內(nèi)平均溫度、煙氣層高度和有害氣體組分濃度的變遷趨勢;
　　 (3)在火

4、災(zāi)發(fā)展過程分析基礎(chǔ)上，著重研究火災(zāi)過程的穩(wěn)定性和轟燃這一現(xiàn)象發(fā)生的臨界條件，建立典型的微分方程組用以表述火災(zāi)過程，通過MATLAB進(jìn)行數(shù)值計算，求解系統(tǒng)方程Jacobi矩陣的特征值隨時間的變化規(guī)律，針對特征值—時間曲線分別說明火災(zāi)過程所處的階段和轟燃發(fā)生的邊界，并由溫度時間曲線T(n+1)～T(n)，進(jìn)一步驗證轟燃發(fā)生的臨界條件，從非線性動力系統(tǒng)理論的角度解釋了火災(zāi)過程隨時間的演化規(guī)律;
　　 (4)運用FDS建立某超市的場模型

5、，通過設(shè)置熱邊界條件和火源參數(shù)，考慮不同因素條件下火災(zāi)情況，得到煙氣彌漫動態(tài)圖像，溫度、煙氣層高度、CO濃度以及O2濃度隨時間變化曲線，從而分析大空間建筑的火災(zāi)蔓延規(guī)律。
　　 通過本文的數(shù)值模擬和計算，分析火災(zāi)影響因素對單室火災(zāi)發(fā)展過程的作用，得出不同工況下煙氣層高度、溫度及CO含量等隨時間的變化規(guī)律;分析在火災(zāi)發(fā)展過程中轟燃現(xiàn)象發(fā)生的臨界狀態(tài)，不同墻壁因子和開洞情況下溫度時間曲線;得到超市大空間賣場火災(zāi)過程煙氣溫度、速度和組