建筑火灾烟气流动数值模拟

论文摘要

火灾模化研究是现代火灾安全工程学研究的基础性方法。它以火灾燃烧理论为基础,结合电子计算机强大的计算功能,利用先进的模拟软件对火灾的发生、发展过程进行数值模拟,得到火灾场景中不同物理量随时间的变化规律,为现实生活中火灾的防治和救援提供理论依据,是当今火灾科学研究的热门课题。本文以实际民用建筑中具有代表性的单室结构为研究对象,通过对煤气泄漏时的流体力学模型和燃烧模型的深入研究,确定了使用非预混燃烧模型同时加载k-s湍流模型和P-1辐射模型的方案；并引入应用场模拟方法,利用大型专业化计算流体力学软件FLUENT,在对实际情况进行研究基础上,给定了合适的边界条件；利用变密度网格化及步进精度算法,对由煤气泄漏所引发的室内火灾发展过程进行了形象化数值模拟,并对在同种窗体不同安装方式和走廊压力不同的情况下火灾烟气蔓延的结果进行对比分析,展示了火灾发生、发展的过程。应用火灾模化结果,从窗体安装情况的影响和走廊压力的不同情况下火灾发生、发展的机理进行了研究,并提出了防治措施,为建筑设计和消防灭火提供了参考,使模拟结果用于对实际的指导。本文的研究对火灾安全教育、消防指挥、建筑性能化设计以及人员应急疏散都有较强的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 建筑物火灾的危害
• 1.3 火灾模化研究
• 1.3.1 火灾模化研究的形成与发展
• 1.3.2 火灾模化研究的现状
• 1.4 本文研究的目的、内容和意义
• 第2章 火灾燃烧理论及控制方程
• 2.1 气体火灾的燃烧理论
• 2.1.1 射流燃烧理论
• 2.1.2 火灾烟气蔓延理论
• 2.1.3 热传输理论
• 2.1.4 火灾烟气危害
• 2.2 燃烧控制方程
• 2.2.1 基本方程
• 2.2.2 湍流平均量方程
• 2.2.3 湍流粘性系数方程
• 第3章 数值计算
• 3.1 物理模型及软件设置
• 3.1.1 物理模型的建立
• 3.1.2 煤气火灾的危险源
• 3.1.3 几何模型的建立
• 3.2 计算环境
• 3.3 CFD数值求解概述
• 3.3.1 CFD求解步骤
• 3.3.2 CFD应用软件介绍
• 3.4 网格文件的生成
• 3.5 数值计算
• 3.5.1 网格的离散化
• 3.5.2 确定数值计算方法
• 3.5.3 确定计算模型
• 3.5.4 设置初始条件
• 3.5.5 设置边界条件
• 3.5.6 设置求解控制参数
• 3.5.7 流场迭代计算
• 第4章 模拟结果及分析
• 4.1 结果表示图的物理意义
• 4.2 各类场图
• 4.2.1 立式窗体（2:1）
• 4.2.2 卧式窗体（2:1）
• 4.2.3 立式窗体（3:1）
• 4.2.4 卧式窗体（3:1）
• 4.2.5 卧式窗体（3:1,且上沿标高为1m）
• 4.2.6 单室加走廊烟气传播数值模拟
• 4.3 数值结果
• 4.3.1 同一窗体及泄漏点、不同速度的比较
• 4.3.2 同一窗体、不同泄漏点的比较
• 4.3.3 同种窗体、不同安装、不同风速下的比较
• 4.3.4 不同窗体,同种安装方式的比较
• 4.3.5 同一窗体、不同位置的比较
• 4.3.6 单室加走廊
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 泄漏速度的影响
• 4.4.2 泄漏点的影响
• 4.4.3 泄漏时间的影响
• 4.4.4 进风速度的影响
• 4.4.5 窗体安装形式的影响
• 4.4.6 窗体比例的影响
• 4.4.7 窗体安装位置的影响
• 4.4.8 走廊内空气状况的影响
• 第5章 单室火灾烟气流动模化的应用研究
• 5.1 单室防火性能化设计
• 5.2 煤气火灾的预防管理
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢