环境风作用下腔室火灾演化与溢出火焰高度模型研究

来源 :中国科学技术大学 |
近几年,高层建筑火灾在各类火灾中所占比例不断上升,因其人员密度大、可燃物多、蔓延扩散快、人员伤亡大等特点,给城市居民生活和财产安全造成了一定的威胁。多数高层建筑火灾的起因都是建筑物内的房间起火,随后火势突
近几年,高层建筑火灾在各类火灾中所占比例不断上升,因其人员密度大、可燃物多、蔓延扩散快、人员伤亡大等特点,给城市居民生活和财产安全造成了一定的威胁。多数高层建筑火灾的起因都是建筑物内的房间起火,随后火势突破房间外窗,溢出火焰沿建筑外立面扩展,引燃建筑外墙的可燃装饰物或保温层,若处于有风环境,火焰还会借助风势迅速向上下楼层蔓延扩散,引发外立面立体火灾燃烧,高层建筑的消防扑救十分困难,已成为国际重要挑战性问题,因此,对室内火灾的发展以及开口火溢流进行相关的理论研究,特别是针对有风环境下的火溢流行为特征,是十分有必要的。前人已经在腔室火灾演化(室内温度分布、火焰溢出临界条件),通风控制阶段溢出火焰的特征参数(火羽流温度分布、火焰形态特征、外立面热通量分布等)以及特殊边界条件下(环境风、不同开口特征、侧墙限制等)的开口火溢流行为有了较为充分和全面的研究。然而对于更加贴合实际的正向风作用下开口位于腔室侧壁顶部的情况还需要进一步探索,不同来流角度的环境风作用下的腔室火灾发展研究仍处于空白。因此,本文采用小尺寸的开口火溢流模型实验台,开展了开口火溢流燃烧风洞实验研究,模拟环境风作用下的腔室火灾演化与开口火溢流行为,研究了腔室内部的温度与溢出火焰高度等相关重要参数。针对正向风作用下顶部扁平开口火溢流的火焰高度演化规律,量化并揭示了腔室扁平矩形窗户开口且位于腔室侧墙顶部时不同正向风速下的腔室开口中性面高度、溢出火焰高度随热释放速率的演化规律,以开口宽度为特征长度提出了新的无量纲溢出火焰热释放速率,并基于溢出火焰卷吸空气特性建立了无风与正向风作用下溢出火焰高度的表征模型。针对多角度环境风作用下开口火溢流腔室内温度演化与转折行为,研究了不同来流角度的环境风作用下腔室火灾发展过程中的火焰位置迁移现象和由此导致的腔室内部温度转折机制,揭示了温度转折临界热释放速率随环境风速及角度的演化规律,并提出了两个环境风分量(正向与侧向)的弗劳德数,基于两个新定义的弗劳德数建立了不同环境风来流角度下温度转折临界热释放速率的表征模型。
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