不同開(kāi)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(lái)國(guó)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(duì)建筑物內(nèi)的人員造成巨大傷害，同時(shí)也帶來(lái)了重大財(cái)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(kāi)口溢出，并逐漸向上蔓延，就形成了開(kāi)口火溢流現(xiàn)象。開(kāi)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(jià)值引起了國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的關(guān)注。目前研究的熱點(diǎn)在于開(kāi)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(qiáng)度、熱對(duì)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(duì)開(kāi)口火溢流行為特性的影響，并發(fā)展了一系列預(yù)測(cè)模型。然而，前人的研究模型大多僅基于一個(gè)單開(kāi)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(guò)程、開(kāi)口相關(guān)因素（如開(kāi)口豎向高度和開(kāi)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(kāi)口火溢流行為特性，

3、結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論分析開(kāi)展研究。實(shí)驗(yàn)方面，基于相似性原理，設(shè)計(jì)了相似比為1∶8和1∶4的兩個(gè)小尺寸開(kāi)口火溢流實(shí)驗(yàn)臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了不同開(kāi)口尺寸和火源熱釋放速率，改變了開(kāi)口豎向位置、數(shù)量、間距等參數(shù)，并引入不同間距和長(zhǎng)度的側(cè)墻作為邊界條件，觀(guān)察不同條件下火溢流行為特性，通過(guò)測(cè)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(dòng)力學(xué)經(jīng)典模型，并開(kāi)展不同條件下開(kāi)口火溢流的卷吸及其表征的特征長(zhǎng)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

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(kāi)口火溢流火焰間歇性溢出的過(guò)渡階段，并對(duì)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(guò)渡階段的上下臨界條件、過(guò)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(kāi)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(kāi)口因子的耦合模型。通過(guò)改變?nèi)紵议_(kāi)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(kāi)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(kāi)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(gè)開(kāi)口的情況，研究了典型的平行雙開(kāi)口火溢流行為特性。研究揭示了火焰從雙開(kāi)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

6、，測(cè)量了火焰融合時(shí)融合點(diǎn)與中性面的距離，并建立了無(wú)量綱指數(shù)規(guī)律模型?；诰匦位鹪吹刃Ｐ屠碚?，比較了單開(kāi)口和雙開(kāi)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(duì)溢出火焰高度變化規(guī)律進(jìn)行了分析，并提出了考慮開(kāi)口尺寸、開(kāi)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(kāi)口火溢流行為特性，測(cè)量了開(kāi)口火溢流特征參數(shù)變化規(guī)律。揭示了側(cè)墻間距對(duì)開(kāi)口