本文選題：外界風(fēng) + 建筑火災(zāi)��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：近些年,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來越多的高層建筑已經(jīng)被建立。與此同時(shí),災(zāi)難性建筑火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生,尤其是高層建筑火災(zāi),引起了越來越多的關(guān)注。研究表明,在建筑火災(zāi)中85%的受害者是由于吸入了有毒有害的煙氣,例如一氧化碳。在建筑中,有許多豎向通道,像樓梯井、電梯井和通風(fēng)管道。發(fā)生火災(zāi)后,當(dāng)煙氣進(jìn)入了這些豎向通道,煙囪效應(yīng)這種特殊的現(xiàn)象將會(huì)發(fā)生。一旦形成煙囪效應(yīng),煙氣的傳播速度非常快,豎向通道很快將會(huì)充滿煙氣,這將給人員疏散和救援帶來很大困難,并且威脅著火樓層之上居民的安全。同時(shí),在煙囪效應(yīng)的作用下,大量的新鮮空氣流進(jìn)建筑內(nèi)部,可以使小火迅速擴(kuò)大,可能引燃周圍的可燃物,擴(kuò)大燃燒面積。建筑通常是在有風(fēng)的環(huán)境中的,外界風(fēng)作用在建筑外立面將會(huì)形成風(fēng)壓,外界風(fēng)和煙囪效應(yīng)的耦合作用將對(duì)建筑內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展和煙氣的流動(dòng)特性產(chǎn)生影響。本文利用1/3尺寸樓梯井實(shí)驗(yàn)臺(tái)和1/6尺寸豎井實(shí)驗(yàn)臺(tái),綜合采用文獻(xiàn)調(diào)研、理論分析、實(shí)驗(yàn)研究等方法,研究了外界風(fēng)作用下建筑豎向通道及相連空間內(nèi)火災(zāi)發(fā)展特性。研究了煙囪效應(yīng)強(qiáng)度對(duì)火焰形態(tài)和熱反饋的影響。研究結(jié)果顯示,樓梯間內(nèi)的熱壓隨著熱釋放速率和樓梯間開口高度的增大而增加。無量綱補(bǔ)風(fēng)速度與熱釋放速率和開口高度乘積的1/3次方成正比,并且建立了它們之間的關(guān)系。對(duì)于相同的熱釋放速率,著火房間和前室上部的平均煙氣溫度隨著開口高度的增大而降低;對(duì)于相同的開口高度,著火房間和前室上部的平均煙氣溫度隨著熱釋放速率的增大而升高;對(duì)于較小的火源功率,著火房間上部的平均煙氣溫度要比前室的高;隨著熱釋放速率的增加,房間上部的平均煙氣溫度要低于前室的溫度。無量綱平均火焰長(zhǎng)度與無量綱熱釋放速率的2/5次方成正比,但是比Heskestad提出的方程的計(jì)算值要小。對(duì)于丙烷氣體燃燒器,熱釋放速率與燃燒器表面接收到的熱反饋無關(guān),平均火焰傾斜角度隨著熱釋放速率的增大而增加,但是對(duì)于較大的熱釋放速率,增量變得相對(duì)較小。隨著樓梯間開口高度的增加,油池接收到的傳導(dǎo)和輻射熱反饋增加,但是當(dāng)開口樓層較高時(shí),傳導(dǎo)熱反饋保持幾乎不變;隨著開口高度的增加,門口的補(bǔ)風(fēng)速度增加,燃料的燃燒速率增加,但是對(duì)流熱反饋分?jǐn)?shù)保持基本不變,說明它是影響燃燒過程的主要因素,這與前人在開放空間的研究結(jié)果一致,當(dāng)弗羅德數(shù)Fr大于1.0的時(shí)候,隨著風(fēng)速的增加,其保持基本不變;而油池接收到的傳導(dǎo)熱反饋分?jǐn)?shù)輕微的降低,輻射熱反饋分?jǐn)?shù)增加。研究了豎井頂部開口正向風(fēng)對(duì)豎井與走廊相連結(jié)構(gòu)內(nèi)火災(zāi)發(fā)展特性的影響。研究結(jié)果顯示,對(duì)于一定尺寸的油池,存在一個(gè)臨界風(fēng)速;當(dāng)正向風(fēng)速小于臨界值時(shí),會(huì)發(fā)生火焰朝向轉(zhuǎn)捩行為;否則,火焰的傾斜方向不會(huì)發(fā)生變化。穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)正向風(fēng)速小于臨界值時(shí),火焰向豎井方向傾斜,正庚烷池火的平均火焰傾斜角度大約是71度,與油池尺寸和正向風(fēng)速無關(guān),預(yù)示著在穩(wěn)定燃燒階段,煙囪效應(yīng)引起的補(bǔ)風(fēng)產(chǎn)生的水平慣性力和燃燒產(chǎn)生的熱浮力建立了動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系;而甲醇池火的平均火焰傾斜角度隨著正向風(fēng)速的增大而減小。當(dāng)正向風(fēng)速大于臨界值時(shí),火焰向室外方向傾斜,正庚烷和甲醇池火的平均火焰傾斜角度的絕對(duì)值都隨著正向風(fēng)速的增大而增加。當(dāng)正向風(fēng)速小于臨界值時(shí),正庚烷池火的平均火焰長(zhǎng)度隨著風(fēng)速的增加而減小;當(dāng)風(fēng)速接近臨界值時(shí),達(dá)到了最小值;當(dāng)風(fēng)速大于臨界值時(shí),平均火焰長(zhǎng)度隨著風(fēng)速的增加而增大。提出了一個(gè)判斷火焰傾斜方向的無量綱數(shù)R,對(duì)于正庚烷池火,R的臨界值為0.041;對(duì)于甲醇池火,R的臨界值為0.085。當(dāng)正向風(fēng)速小于臨界風(fēng)速時(shí),穩(wěn)定階段,隨著正向風(fēng)速的增加,正庚烷池火的燃燒速率沒有明顯的變化;當(dāng)接近臨界風(fēng)速時(shí),正庚烷和甲醇池火的燃燒速率都降低;一旦超過了臨界風(fēng)速,正庚烷和甲醇池火的燃燒速率隨著風(fēng)速的增大而增加,并且正庚烷池火的燃燒速率是開放空間中相同風(fēng)速下的2倍左右。此外,當(dāng)煙囪效應(yīng)發(fā)生時(shí),豎井內(nèi)的平均溫升和燃燒速率呈冪指數(shù)關(guān)系,否則,將保持環(huán)境溫度。研究了豎井頂部開口側(cè)向風(fēng)對(duì)豎井與走廊相連結(jié)構(gòu)內(nèi)火災(zāi)發(fā)展特性的影響。研究結(jié)果顯示,當(dāng)豎井頂部開口存在側(cè)向風(fēng)時(shí),在火災(zāi)發(fā)生之前,豎井內(nèi)部就存在著由下而上的氣體流動(dòng),即由于豎井頂部開口側(cè)向風(fēng)引起的壓力差形成的氣體流動(dòng)現(xiàn)象;一旦發(fā)生火災(zāi),這種由于豎井頂部開口側(cè)向風(fēng)的作用引起的豎井內(nèi)由下而上的氣體流動(dòng)和煙囪效應(yīng)的耦合作用將對(duì)煙氣流動(dòng)和燃燒產(chǎn)生影響。側(cè)向風(fēng)對(duì)正庚烷池火的影響,主要體現(xiàn)在燃燒開始到穩(wěn)定燃燒之前,對(duì)于相同尺寸的油池,隨著豎井頂部開口側(cè)向風(fēng)速的增大,門口補(bǔ)風(fēng)速度增大,走廊內(nèi)正庚烷池火燃燒速度加快,燃燒達(dá)到穩(wěn)定階段的時(shí)間提前,燃燒的總時(shí)間縮短。在穩(wěn)定燃燒階段,隨著側(cè)向風(fēng)速的增大,門口的補(bǔ)風(fēng)速度增大,而正庚烷池火的燃燒速率并沒有明顯的變化,說明補(bǔ)風(fēng)速度的增加對(duì)燃燒的促進(jìn)和抑制作用相互抵消;甲醇池火燃燒速率先是保持基本不變而后增加,說明當(dāng)風(fēng)速較小的時(shí)候,其對(duì)燃燒的促進(jìn)和抑制作用相互抵消,當(dāng)風(fēng)速較大的時(shí)候,其對(duì)燃燒的促進(jìn)作用占主導(dǎo)。在穩(wěn)定燃燒階段,隨著側(cè)向風(fēng)速的增加,正庚烷池火的平均火焰長(zhǎng)度減小,但是其平均火焰傾角保持基本不變,說明燃燒產(chǎn)生的熱浮力和補(bǔ)風(fēng)形成的水平慣性力達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡;甲醇池火的平均火焰長(zhǎng)度變短,平均火焰傾斜角度變小。
[Abstract]:In recent years , with the development of economy , more and more high - rise buildings have been established . At the same time , the effect of chimney effect on flame shape and heat feedback has been studied . When the forward wind speed is smaller than the critical value , there is a critical wind speed . When the forward wind speed is smaller than the critical value , the combustion rate of the normal heptane pool fire increases with the increase of the wind speed . When the forward wind speed is smaller than the critical value , the flame direction of the normal heptane pool fire increases with the increase of the wind speed . The effect of the lateral wind on the fire of the vertical shaft and the corridor is studied . The combustion rate of the normal heptane pool is decreased with the increase of the lateral wind speed and the combustion rate of the normal heptane pool is decreased .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU998.1

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本文編號(hào)：1816554