【摘要】：伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市化進(jìn)程的不斷加快,高層建筑層數(shù)及其高度的增加,致使建造難度越來越大,其中的火災(zāi)安全問題對生命財產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅。與既有高層建筑相比,在建高層建筑在施工過程中,工程建設(shè)周期長、聯(lián)合參與主體多、工作界面復(fù)雜,導(dǎo)致存在更多消防安全隱患。綜合考慮在建高層建筑火災(zāi)燃燒的特性,運(yùn)用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究火災(zāi)特征值及其變化規(guī)律,對預(yù)防在建高層建筑火災(zāi)及指導(dǎo)救援滅火工作具有重要的意義與價值。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:首先,根據(jù)在建高層建筑的火災(zāi)特點,確定火災(zāi)轟燃與煙囪效應(yīng)的理論基礎(chǔ)。通過描述火災(zāi)轟燃的煙氣運(yùn)動狀態(tài)、臨界條件與判據(jù),引入轟燃非線性動力學(xué)分析方法。對煙囪效應(yīng)進(jìn)行分類,分析豎井內(nèi)煙氣的壓強(qiáng)分布,闡述了豎井中性面Klote模型。其次,在建高層建筑火災(zāi)轟燃現(xiàn)象的突變研究。建立在建高層建筑火災(zāi)能量守恒方程,經(jīng)量綱歸一化與微分同胚變換后,得到屬于燕尾突變的勢函數(shù)。根據(jù)突變系統(tǒng)的控制變量分岔集曲線,計算出在建高層建筑火災(zāi)轟燃時上層煙氣的臨界溫度。第三,構(gòu)建了在建高層建筑豎井溫度及中性面計算模型。通過分析在建高層建筑的豎井特征,針對煙氣的蔓延特性,推導(dǎo)了上部開口及側(cè)向連續(xù)開口的豎井溫度模型。根據(jù)溫度在豎井內(nèi)連續(xù)分布的特點,建立豎井中性面模型,分析研究結(jié)果得到了煙囪效應(yīng)的影響因素。最后,建立在建高層建筑火災(zāi)數(shù)值模擬模型。利用模擬軟件FDS對在建高層建筑不同施工場景進(jìn)行火災(zāi)仿真模擬,分析不同可燃物、不同通風(fēng)風(fēng)速以及不同火源點位置對火災(zāi)熱釋放速率、溫度、煙氣可見度及CO濃度等火災(zāi)特征值的變化規(guī)律,驗證了火災(zāi)轟燃與煙囪效應(yīng)現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU998.1
【圖文】：

表現(xiàn)為曲線發(fā)生一個突躍現(xiàn)象，轟燃發(fā)生后，有限空間的火勢將很難控制。圖2.1 建筑火災(zāi)發(fā)展過程火災(zāi)的劇烈燃燒主要發(fā)生在轟燃階段與充分發(fā)展階段，轟燃發(fā)生之后，火災(zāi)的燃燒強(qiáng)度繼續(xù)增加，火災(zāi)的范圍隨著熱量傳遞和可燃物分解而繼續(xù)擴(kuò)大，熱釋

（a） 羽流射流階段 （b） 頂棚射流階段（c） 煙氣填充階段 （d） 煙氣發(fā)展階段圖2.2 區(qū)域空間煙氣運(yùn)動的不同階段羽流射流階段：當(dāng)區(qū)域空間內(nèi)下層的可燃物開始燃燒時，熱煙氣的浮力作為控制力起主導(dǎo)作用向上蔓延，高溫?zé)煔庵饾u在頂棚下積聚，形成上部的熱煙氣層。頂棚射流階段：當(dāng)熱煙氣層在上部積累一定厚度后，熱煙氣的浮力和擴(kuò)散作用起主導(dǎo)作用，在頂棚射流的作用下不斷向兩側(cè)擴(kuò)展，熱煙氣層的下邊界在流動過程中發(fā)生空氣卷吸，不斷混合空氣使煙氣層逐漸加厚。熱煙氣填充階段：熱煙氣層在頂棚射流的作用下到達(dá)區(qū)域空間側(cè)壁，撞擊側(cè)壁產(chǎn)生更多能量輻射，熱量不斷向下傳遞給可燃物，促使更多可燃物燃燒，產(chǎn)生的煙氣逐漸充滿整個上層空間。煙氣層發(fā)展階段：隨著煙氣層和可燃物之間的熱輻射越強(qiáng)烈

火災(zāi)進(jìn)入完全發(fā)展階段。圖2.3 熱增益與熱損失的平衡曲線圖2.3 煙囪效應(yīng)理論基礎(chǔ)2.3.1 煙囪效應(yīng)原理在建高層建筑內(nèi)存在有許多未封閉的樓梯井、電梯井等豎向結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)成火災(zāi)時，煙氣蔓延進(jìn)入豎井結(jié)構(gòu)中，這些豎向通道就像一座座高煙囪，加速了煙氣的擴(kuò)散[4]。煙氣在豎井內(nèi)聚集使得豎井內(nèi)溫度高于豎井外，熱煙氣的密度小，因此在浮力作用下沿著垂直通道自然上升，從上層的洞口處滲出，在豎井內(nèi)外氣體密度差引起的壓力差的作用下，冷空氣從低層滲入，從而形成煙囪效應(yīng)[45]。煙囪效應(yīng)是由于豎井內(nèi)外溫差形成的壓力差以及豎井外風(fēng)壓共同作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象，以壓力差為主要驅(qū)動力，壓力差與豎井內(nèi)外溫差產(chǎn)生的氣體密度差及豎井上下開口之間的高度差成正比[46]，假設(shè)豎井底部及頂端開口，則豎井頂部的內(nèi)外壓差HC .O P可表示為：.( )HC O O C P gH（2-9）式中：O 為豎井外氣體的密度；C 為豎井內(nèi)氣體的密度；g 為重力加速度常數(shù)?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2743808