側開口限制空間內(nèi)高溫熱氣流振蕩及沖擊玻璃平板的研究.pdf

1、在一個容腔的容積確定、開口尺寸也確定的小空間中，當有熱釋放量存在時，三者在一定的匹配比例下會產(chǎn)生整體高溫氣流按一定規(guī)律反復噴出的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象曾經(jīng)被多位學者認真研究，但是在理論上沒有給予有效地被大家認可的總結，有關研究多數(shù)局限于零散的實驗現(xiàn)象的報道和描述。
　　 近年來，各種建筑都鐘愛于玻璃幕墻材料的美觀、方便以及室內(nèi)裝修的透明敞亮，玻璃幕墻下的有開口尺寸的小空間內(nèi)如果有可燃材料，就會發(fā)生整體熱氣流振蕩的危險。特別是高層建筑的外

2、圍護玻璃幕墻，一般都有下部的安裝通道和底層小空間，這些小空間內(nèi)經(jīng)常存放裝修中使用的可燃材料，煙囪效應會使可燃熱煙氣迅速到達樓的上層，在一定條件下易于產(chǎn)生整體熱氣流振蕩并使玻璃幕墻破壞，而玻璃破裂后會掉落并可能傷及周圍人群。
　　 本文系統(tǒng)地研究了有限側向開口小空間熱氣流低頻振蕩的基礎實驗現(xiàn)象和工程理論計算方法，并對典型實驗結果給出了理論預示的基本計算公式。在此基礎上，研究了高溫熱氣流從玻璃側向撲打時的基本實驗，并和本文提出的理論

3、分析結果和數(shù)值模擬結果進行了比較。
　　 在ISO9705火災標準實驗臺上，對四種典型開口、平均熱釋放率為650kW、大約350s燃燒時間條件下，對熱氣流喘振的發(fā)生、維持和強弱程度進行了實驗研究。給出了該實驗條件下振蕩頻率的范圍在0.1～0.25Hz，并和本文由質(zhì)量和能量方程推導出的基本振蕩頻率的關系式進行了比較。該推導的關系式還和以往其他學者的實驗結果進行了比較和修正。實驗記錄圖像顯示了開口尺寸和位置的不同、開口空間內(nèi)和外界環(huán)

4、境溫度差別和有浮力作用下產(chǎn)生的整體振蕩的基本情況。
　　 本文把小空間內(nèi)高溫熱氣流引起的振蕩按照壓力驅(qū)動和浮力驅(qū)動進行二類數(shù)學模型的建立，給出了振蕩頻率f，振蕩增長率α和振蕩響應能力函數(shù)Rm之間的關系。本文確定了浮力驅(qū)動作用下的特征滯后時間和壓力驅(qū)動下的特征滯后時間。提出在小空間壓力驅(qū)動流和浮力驅(qū)動流的振蕩頻率與室內(nèi)平均溫度、出口面積、空間尺寸之前的關系。
　　 通過對玻璃平板的專門實驗，本文給出了典型實驗情況下火焰和高

5、溫氣流撲打玻璃板表面一側溫度變化平面上二維分布的函數(shù)。給出了溫度分布變化情況下，熱張力和熱彎矩以及位移在不同的約束條件下的解析解。為確定玻璃破裂臨界應力發(fā)生的位置、破碎時間的預示提供了理論計算基礎。
　　 采用ANSYS軟件，對玻璃平板一側有高溫氣流撲打且溫度場不均勻分布，隨時間變化的熱氣流沖擊進行了數(shù)值模擬，給出了在不同熱沖擊情況下玻璃平板熱應力和熱彎矩變化的數(shù)值結果。根據(jù)玻璃平板的溫度分布以及周圍邊框的典型四種約束條件，給出