【摘要】：近年來國內(nèi)外多起高層建筑火災(zāi)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(zāi)的都是由建筑內(nèi)的房間起火引發(fā)的,當(dāng)受限空間火災(zāi)充分發(fā)展到通風(fēng)控制階段,火焰隨高溫?zé)煔鈴姆块g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(shí)際參考價值引起了國內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注。目前研究的熱點(diǎn)在于開口火溢流典型特征參數(shù)的變化規(guī)律上,主要包括溫度分布、熱輻射強(qiáng)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?和氣壓環(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(yù)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(shí)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(jìn)一步研究。 本文圍繞建筑火災(zāi)開口火溢流行為特性,結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論分析開展研究。實(shí)驗(yàn)方面,基于相似性原理,設(shè)計了相似比為1：8和1：4的兩個小尺寸開口火溢流實(shí)驗(yàn)臺。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)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(zāi)動力學(xué)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(yīng)參數(shù)的理論模型,將實(shí)驗(yàn)研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(jìn)行了定義與數(shù)學(xué)表征。獲得了火焰進(jìn)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(yīng)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(shí)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(jìn)行了數(shù)學(xué)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,測量了火焰融合時融合點(diǎn)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(jī)制。引入了附加卷吸面積對溢出火焰高度變化規(guī)律進(jìn)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(shí)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)墻間距對開口火溢流不同階段時(即“貼壁火”和“半軸對稱火”)空氣卷吸的影響效應(yīng),提出了不同側(cè)墻受限條件下的卷吸模型。并進(jìn)一步分析了側(cè)墻長度的影響,提出側(cè)墻長度增加時開口火溢流的兩個演化階段,并對卷吸模型進(jìn)行了修正。對比表征了自由邊界條件和側(cè)墻限制邊界條件下火焰高度的差異性,引入了耦合側(cè)墻間距、側(cè)墻長度、開口特征長度與火源熱釋放速率的修正因子,提出了側(cè)墻限制邊界條件下的溢出火焰高度模型與熱流密度豎向分布模型。
【圖文】：

西班牙馬德里溫莎公爵大廈火災(zāi)(2)哈爾濱經(jīng)諱“360”大廈火災(zāi)2008年10月9日，，黑龍江省哈爾濱市道里區(qū)經(jīng)煒街附近的經(jīng)諱360大廈

—im—HHHl圖1.1西班牙馬德里溫莎公爵大廈火災(zāi)諱“360”大廈火災(zāi)9日，黑龍江省哈爾濱市道里區(qū)經(jīng)煒街附近連體）發(fā)生重大火災(zāi)。此次火災(zāi)是因工人違的。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU998.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 李俊梅;趙德朝;李炎鋒;孫育英;;陽臺噴射羽流熱動力特性的數(shù)值研究[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2007年12期

2 亓延軍;崔崳;趙艷萍;龔倫倫;張和平;;窗口溢流火燃燒試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2011年05期

3 姜玉曦;任玉新;劉秋生;;室內(nèi)火災(zāi)中外部燃燒現(xiàn)象的數(shù)值模擬[J];火災(zāi)科學(xué);2006年02期

4 陳愛平;通過外墻窗口噴出火焰問題的研究[J];火災(zāi)科學(xué);1998年03期

5 李建濤;閆維綱;朱紅亞;王青松;孫金華;;高層建筑外立面U型結(jié)構(gòu)火蔓延的實(shí)驗(yàn)研究[J];火災(zāi)科學(xué);2012年04期

6 李建濤;閆維綱;朱紅亞;王青松;孫金華;;高層建筑外立面U型結(jié)構(gòu)火蔓延特性數(shù)值模擬研究[J];火災(zāi)科學(xué);2012年04期

7 陳志斌;胡隆華;霍然;祝實(shí);;基于圖像亮度統(tǒng)計分析火焰高度特征[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2008年06期

8 唐飛;胡隆華;朱偉;陸凱華;敖大成;;斜坡受限條件下燃燒室內(nèi)及開口外部溢流的溫度場分布特性[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2011年03期

9 霍然,范維澄;通風(fēng)口高度對室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展的影響[J];消防科技;1991年01期

10 王經(jīng)偉,黃德祥,周子薦,王炯;挑檐和窗檻墻阻止火災(zāi)豎向蔓延性能的數(shù)值模擬分析[J];消防科學(xué)與技術(shù);2004年02期

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1 劉瓊;多火源燃燒動力學(xué)機(jī)制與規(guī)律研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

2 崔崳;豎直壁面條件下常用有機(jī)外墻保溫材料的火災(zāi)行為研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

3 毛少華;煙氣中性面的理論模型及實(shí)驗(yàn)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

4 涂然;高原低壓低氧對池火燃燒與火焰圖像特征的影響機(jī)制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

5 唐飛;不同外部邊界及氣壓條件下建筑外立面開口火溢流行為特征研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

本文編號：2582260