不同開口與側(cè)墻限制邊界條件下火焰溢出卷吸行為與火焰高度模型研究.pdf

1、近年來國內(nèi)外多起高層建筑火災都形成了建筑物外立面大型立體火蔓延現(xiàn)象，對建筑物內(nèi)的人員造成巨大傷害，同時也帶來了重大財產(chǎn)損失。大部分建筑火災的都是由建筑內(nèi)的房間起火引發(fā)的，當受限空間火災充分發(fā)展到通風控制階段，火焰隨高溫煙氣從房間的開口溢出，并逐漸向上蔓延，就形成了開口火溢流現(xiàn)象。開口火溢流是建筑外立面大型立體火蔓延的初始階段，其重要的理論意義和實際參考價值引起了國內(nèi)外廣大學者的關(guān)注。目前研究的熱點在于開口火溢流典型特征參數(shù)的變化規(guī)律上，

2、主要包括溫度分布、熱輻射強度、熱對流密度及火焰形態(tài)與尺寸等方面，并揭示了不同邊界條件（豎直擋墻、斜坡?lián)鯄Γ┖蜌鈮涵h(huán)境等因素的對開口火溢流行為特性的影響，并發(fā)展了一系列預測模型。然而，前人的研究模型大多僅基于一個單開口的燃燒室構(gòu)造，這與實際的建筑構(gòu)造有所不同。涉及火焰溢出的發(fā)展過程、開口相關(guān)因素（如開口豎向高度和開口數(shù)量等）以及外界側(cè)墻受限邊界條件等方面的影響研究仍較為缺乏，有待進一步研究。
　　本文圍繞建筑火災開口火溢流行為特性，

3、結(jié)合實驗和理論分析開展研究。實驗方面，基于相似性原理，設計了相似比為1∶8和1∶4的兩個小尺寸開口火溢流實驗臺。在實驗中設計了不同開口尺寸和火源熱釋放速率，改變了開口豎向位置、數(shù)量、間距等參數(shù)，并引入不同間距和長度的側(cè)墻作為邊界條件，觀察不同條件下火溢流行為特性，通過測量獲得火溢流特征參數(shù)的變化規(guī)律。在理論分析方面，基于建筑火災動力學經(jīng)典模型，并開展不同條件下開口火溢流的卷吸及其表征的特征長度的理論分析，提出相應參數(shù)的理論模型，將實驗研

4、究和理論分析相互印證得出結(jié)論。主要的研究工作包括:
　　(1)在自由邊界條件下，研究了開口火溢流火焰間歇性溢出的過渡階段，并對火焰溢出概率進行了定義與數(shù)學表征。獲得了火焰進入過渡階段的上下臨界條件、過渡階段寬幅等參數(shù)。從能量守恒角度分析了室內(nèi)熱煙氣溫度分布規(guī)律，并提出了燃燒室產(chǎn)熱和散熱效應與開口因子的耦合關(guān)系模型，分析燃燒室產(chǎn)熱和散熱的關(guān)系，建立了火焰間歇性溢出概率因子與火源功率和開口因子的耦合模型。通過改變?nèi)紵议_口豎向位置，揭

5、示了火焰溢出臨界條件和溢出火焰根部高度在不同開口豎向位置條件下的差異。分析了溢出火焰高度的演化規(guī)律及控制因素，發(fā)展了不同開口豎向位置下火焰高度的顯示解模型。
　　(2)結(jié)合實際建筑中房間多個開口的情況，研究了典型的平行雙開口火溢流行為特性。研究揭示了火焰從雙開口溢出后的融合現(xiàn)象，定義了火焰融合概率并進行了數(shù)學表征，獲得了火焰融合的臨界條件，提出了判斷火焰是否融合的耦合因子，并得到火焰融合概率與相關(guān)參數(shù)的擬合關(guān)系式。采用圖像處理方法

6、，測量了火焰融合時融合點與中性面的距離，并建立了無量綱指數(shù)規(guī)律模型?；诰匦位鹪吹刃Ｐ屠碚?，比較了單開口和雙開口條件下空氣卷吸特性的異同，揭示了火焰間的相互作用機制。引入了附加卷吸面積對溢出火焰高度變化規(guī)律進行了分析，并提出了考慮開口尺寸、開口間距和火源熱釋放速率耦合影響的火焰高度表征模型。
　　(3)結(jié)合實際建筑中的側(cè)墻結(jié)構(gòu)，研究了不同側(cè)墻限制邊界條件下開口火溢流行為特性，測量了開口火溢流特征參數(shù)變化規(guī)律。揭示了側(cè)墻間距對開口