建筑火灾烟气传播的数值模拟

一线写真　

Ｙｉ　ＸＩａｎ　Ｘｉｅ　Ｚｈｅ　ｒｌ　建筑与发展　ＪｉａｎＺｈｕＹＯ　ＦａＺｈｏｌｌ　

基于数值模拟的高校学生宿舍楼火灾研究　

祝飞　

重庆巴南区公安消防支队重庆巴南４０００５５　

【摘要】若干因素造成的高校学生宿舍楼火灾危险性极大。采用数值模拟方法研究分析某高校一多层宿舍楼火灾，研究着火楼层对上下非着火　楼层的影响。通过对火灾过程的烟气、温度、一氧化碳等物理量进行分析表明，多层宿舍楼中性面以上楼层发生火灾时，烟气通过楼梯通道向上层　

空间蔓延．同时通过前室水平流向上层走廊。此外，除非火势异常剧烈，烟气生成量大大超过排出量，否则烟气不会向下层沉降。　

【关键词】宿舍楼火灾数值模拟烟气着火层　

引言　高校学生宿舍楼是典型的通廊式多层建筑。在通廊式多层建筑火　

灾中，烟气将由起火区向非着火区蔓延，尤其是通过与起火区相连的　

走廊、楼梯通道向其他楼层扩散，这将严重妨碍人员的逃生和灭火。　

驱动烟气运动的因素主要包括室内外温差引起的烟囱效应、烟气的浮　

力和膨胀力、通风系统的影响及室外风的影响等。本文对某典型高校　学生宿舍楼进行火灾数值模拟，模拟结果对火灾发生时人员如何疏散　

起到积极的指导作用。　对宿舍楼火灾进行系统全面的模拟研究，掌握火灾烟气蔓延的路　

径及分布规律，对火灾时人员及时安全撤离火场起到有效的指导作　

用，并能够为高校学生宿舍楼的性能化防火设计以及为高校管理提供　

切实可行的参考依据。　

１数学模型　

ＦＤＳ是由ＮＩＳＴ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　ＩｎＳｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）开发的场模拟软件，它是以火灾中流体运动为主要模拟　对象的计算流体动力学模型。该软件对低速热力流动的Ｎ—ｓ方程求解　

数值近似解，重点在火灾的烟气和热量转移上。Ｆ　Ｄ　Ｓ软件包中的　

ＳｍｏｋｅＶｉ　ｅｗ程序可以方便得对计算结果进行可视化演示［１＿２］。　

ＦＤＳ中主要对以下方程进行求解：　

（１）质量守恒方程　

第７卷　２００８年　第５期　１０月　广州大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ＿７　Ｎｏ．５　０ｅｔ．　２００８　

文章编号：１６７１　４２２９　Ｉ　２００８）０５—００６６－０５　

地铁区问隧道火灾烟气流动　

控制的数值模拟及分析　

周孝清　，赵成军　一，赵相相。　

（１．广州大学建筑节能研究中心，广东广州５１０００６；２．广州市地下铁道总公司总工程师室，　广东广州５１００３０；３．广州市建筑科学研究院，广东广州５１０４４０）　

摘要：以广州地铁某矩形截面的区间隧道为研究对象，假设当一列车在隧道内发生火灾时，根据列车停泊的　位置和火灾的部位，立即启动列车后方车站的隧道风机向隧道内送风，启动前方车站的隧道风机排风，在隧道　内形成一股与行车方向相同的气流，带走火灾烟气至前方车站的活塞风井而排至室外．采用ＰＨＯＥＮＩＣＳ　３．５软　件模拟在此通风模式下，火灾发生６０　Ｓ、１８０　ｓ和３６０　Ｓ时隧道内烟气的温度和浓度的分布状况．模拟结果表明：　在此通风模式下，烟气全部流向下游隧道，没有发生逆流（即烟气向上游人员疏散的方向流动）现象，乘客可以　迎着新鲜空气疏散到安全地带．因此，此通风措施得当，人员疏散方案正确．　关键词：区间隧道；隧道通风；火灾功率（ＨＲＲ）；ＰＨＯＥＮＩＣＳ模拟　中图分类号：Ｘ　４５　文献标识码：Ａ　

地铁是城市中一种大运量的轨道交通运输系　

统，具有安全、准时、舒适、载客量大、环境污染小、　

综合经济效益高等优点．同时，它是一种特殊建筑　

物，由多个车站通过区间隧道联接成为整体．大多　

数的地下铁道系统位于地下，相对封闭，内部空间　

较大，只有通风井、车站的出入口、隧道洞口等与　

外界连通．车站和隧道内有大量的人员和车辆．　

因此，地铁内一旦发生火灾，其危害性相当大．　

列车在隧道内发生火灾具有不确定性和不可　

长隧道火灾烟气运动三维数值模拟　≥趣　瓣赫涎　碗　许　≥　

黄亚东　。吴　珂　。黄志义　，王孝红　

（１．绍兴市消防支队，浙江绍兴３１１８００；２．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州３１００２７）　

摘　要：对某长隧道在５Ｏ　Ｍｗ释热率、不同风速条件下的　火灾过程进行模拟，采用扩散燃烧模型对燃烧过程加以描述，　分别利用ｋ一￡模型和Ｐ一１模型计算湍流流动和辐射作用。　

计算结果表明，纵向风速较小时会形成烟气回流，对５Ｏ　Ｍｗ的　隧道火灾，２　ｍ／ｓ的纵向通风能有效抑制烟气回流；纵向通风隧　

道内，烟气运动表现为径向扩散与纵向蔓延的结合；隧道通风　风速越大，火源下游烟气起伏运动越剧烈。隧道发生火灾时，　

纵向风速应以刚好抑制烟气出现回流为宜。　关键词：隧道火灾；烟气流动；湍流；数值模拟；纵向通风　

中图分类号：Ｘ９１　３．４，Ｕ４５３．５，ＴＫ１２１文献标志码：Ａ　文章编号：１００９—００２９（２０１１）０９—０７７７—０４　

以某高速公路特长隧道（长７．６　ｋｍ）为研究对象，采　用湍流燃烧模型对该隧道火灾过程进行模拟，分析火灾　

烟气运动特征和温度场扩散。其中，采用扩散燃烧模型　

对燃烧过程加以描述，分别利用ｋ一￡模型和Ｐ一１模型　

计算湍流流动和辐射作用。　

１湍流燃烧模型的构建　

１．１控制方程　

隧道火灾的发　生　发展和熄灭是一种在复杂环境条　

件下涉及质量、动量和能量相互作用的非线性、非定常、　

非平衡态的动力过程，包含多种形式的传热传质、复杂化　

学反应、湍流流动和相变等物理、化学作用，其本质是在　

时间和空间上失去控制的燃烧现象。实际燃烧均为湍流　燃烧，隧道火灾烟气的运动特征与火源的燃烧特性、气流　的湍流效应和燃烧产物的传热传质过程有密切关系。　

研究采用湍流燃烧模型对隧道火灾中的烟气运动进　

行模拟。湍流燃烧模型基于简单化学反应系统和快速反　

应假设，认为化学反应时间尺度远小于湍流混合过程时　

间尺度，即化学反应速度是由湍流混合过程控制的，反应　

誊　躐黪　理论研究　

古建筑大悲阁火灾蔓延数值模拟　

任海龙　，高云晖　（１．石家庄市消防支队，河北石家庄０５００５１；２．哈尔滨市消防支队，黑龙江哈尔滨１５００４０）　

摘　要：以大悲阁作为研究对象，利用ＦＤＳ软件对大悲阁　木结构阁楼式古建筑进行数学建模，计算不同火灾场景下火灾　蔓延过程，得到初期火灾烟气蔓延及温度场分布。通过对火灾　数值模拟的分析研究，提出了合理的火灾防治对策，以最大限　度地减小火灾损失。　关键词：古建筑；大悲阁；火灾；数值模拟；建筑防火　中图分类号：Ｘ９１　３，ＴＫ１　２１，ＴＵ２５２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—００２９（２００７）０６—０６１０—０５　

１　引　言　古建筑是古代劳动人民智慧的结晶，是国家珍贵　的文化遗产。但多为三、四级建筑结构，耐火等级较低，　火灾荷载大，一旦发生火灾，火势较难控制，极易造成　难以挽回的损失。　河北省正定隆兴寺大悲阁是国家重点文物保护单　位，属高层古建筑，具有类似现代建筑的中庭结构，是耐　火等级较低的砖木结构。按照国家消防规范的要求，应　设置火灾自动报警、水喷淋和室内消火栓系统，但实际　上存在较大困难和限制，在古建筑防火中很具代表性。　笔者选取大悲阁作为研究对象，利用ＦＤＳ软件对大悲　阁木结构阁楼式古建筑进行数学建模，计算不同火灾场　景下火灾蔓延过程，得到初期火灾烟气蔓延和温度场分　布，通过火灾数值模拟提出合理的火灾防治措施。　２大悲阁概况　２．１建筑结构分析　大悲阁坐落在河北省正定县城东南角隆兴寺内，　始建于宋代开宝四年（公元９７１年），后经过金、元、明、　清朝时期都对这座楼阁进行过维修，是一座保存完好　的古代木结构楼阁式建筑。其建筑外貌如图１所示。　

６１０　图ｌ大悲阁外貌图　大悲阁为五重檐三层楼阁，长３０．５　ｍ、宽２５．６　ｍ，　建筑高度３５．５　ｍ，占地面积１　６４７．４９　ＩＴＩ。，建筑面积为　１　６１４　ｍ。，五檐歇山顶，屋面铺有绿色琉璃瓦。大悲阁　内为三檐两梯，类似于现代建筑的中庭结构，中庭部分　为菩萨铜像，游客通过阁内的两部敞开木制楼梯从底　层直达阁顶。其首层平面图如图２所示。