水噴淋作用下火災煙氣層的穩(wěn)定特性研究.pdf

1、水噴淋系統(tǒng)是常見的建筑消防設施。火災發(fā)生時，從噴頭噴出的液滴一方面能抑制燃燒，冷卻火場煙氣并防止火災蔓延，另一方面卻能改變火場內(nèi)煙氣的流動狀念，造成煙氣層失穩(wěn)，引起煙氣擁塞，使得上部煙氣迅速填充建筑下部空間，并對建筑內(nèi)其他消防系統(tǒng)特別是排煙系統(tǒng)的效果產(chǎn)生影響。針對此類問題，本文對火災煙氣層在水噴淋及排煙系統(tǒng)作用下的行為特性規(guī)律進行了研究，分析了水噴淋和煙氣層相互作用的力學機理，進而對噴淋作用下采用的排煙模式及其有效性進行了探討。

2、 首先從理論推導和實驗兩個方面，對水噴淋作用下煙氣層失穩(wěn)現(xiàn)象進行了研究。通過對噴淋啟動后，噴淋覆蓋區(qū)內(nèi)拖曳力分布進行計算，在前人的基礎上，提出以噴淋覆蓋區(qū)內(nèi)最大單位面積拖曳力和最大單位面積浮力之比D<,0>/B<,0>作為煙氣層穩(wěn)定性判掘，并通過實驗對此判據(jù)進行了驗證。實驗結果表明，與前人的結論(Bullen和Zhang)相比，D<,0>/B<,0>能更好的與實驗結果相符合。當D<,0>/B<,0>小于1時，煙氣層保持穩(wěn)定狀念，噴淋區(qū)內(nèi)

3、煙氣-空氣之間的交界面清晰，當D<,0>>B<,0>時，煙氣層失去穩(wěn)定性，出現(xiàn)擁塞射流，其長度以噴頭正下方即噴淋覆蓋區(qū)中心最長，向外逐漸縮短，呈倒置的鐘型。 水噴淋有可能導致原先穩(wěn)定在建筑上部的煙氣層發(fā)生失穩(wěn)，使得上部煙氣發(fā)生向下運動，引起擁塞射流。噴淋作用下火災煙氣層的擁塞射流長度與火源功率、煙氣層厚度及噴頭工作壓力等因素有關。本文在煙氣層穩(wěn)定性的基礎上，以動能定理為理論依掘，建立了一種預測噴淋作用下?lián)砣淞鏖L度的數(shù)學模型，得

4、到了射流長度與噴淋壓力、煙氣層厚度和溫度的相互關系。而后通過全尺寸噴淋實驗，將理論計算結果與與實驗進行了對比，通過對比得到，失穩(wěn)后，噴淋覆蓋區(qū)擁塞射流長度隨噴淋壓力p<,d>的增加而增加，數(shù)學模型計算值與實驗值符合得較好。p<,d>增加，噴淋對煙氣的降溫能力趨于不變，而煙氣擁塞射流的長度則隨p<,d>的增大近似線性增加，當噴淋區(qū)煙氣失去穩(wěn)定性后，加大噴淋壓力儀能小幅降低煙氣溫度，卻顯著降低了噴淋覆蓋區(qū)的煙氣高度，增加了對火場人員的威脅。

5、 研究了水噴淋系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)共同作用時的相互影響，以及多系統(tǒng)共同作用時煙氣的流動特性問題。針對噴頭近域水平自然排煙問題，在實驗的基礎上，根據(jù)伯努利定理，提出了預測自然排煙速度的概念模型。通過模型實驗，研究了該模犁的適用性，同時，對水噴淋和排煙共同作用下煙氣層穩(wěn)定性問題進行了研究。通過實驗發(fā)現(xiàn)，噴淋壓力p<,d>增加，排煙口的煙氣流速減小，當壓力增至某一特定值時，排煙速度降為0，出現(xiàn)排煙失效。排煙速度模型計算值和實驗實測值吻合較好

6、，能夠反映實驗規(guī)律。排煙和噴淋同時發(fā)揮作用時，排煙的影響主要體現(xiàn)在降低煙氣層的溫度上，在排煙未失效的情況下，適度的排煙可以將煙氣層高度控制在擋煙垂壁下邊緣以上，而過度排煙則可導致防煙分區(qū)內(nèi)煙氣溫度的急劇下降，使得煙氣層的整體穩(wěn)定性降低。在自然排煙的基礎上，對近域水平機械排煙在水噴淋作用下的排煙效果進行了研究。通過實驗分析了在噴頭近域進行排煙的必要性，由于自然排煙的不可靠性，在噴頭近域必須采用機械排煙作為替代設備。在噴淋作用下，噴頭近域機

7、械排煙速度將減小，但并不會出現(xiàn)排煙失效。隨著工作壓力p<,d>的增加，平均排煙速度趨于一極值，這一速度值的大小為噴淋區(qū)無燃燒煙氣時排煙風機在排煙口能產(chǎn)生的最大氣流速度。因而，在噴頭近域采用機械排煙系統(tǒng)是可靠的。 本文最后對利用數(shù)值模擬的方法對水噴淋與火源和煙氣共同發(fā)生作用時火源功率的變化以及此條件下煙氣層和噴淋的相互作用進行了研究。以此為依據(jù)，驗證了CFD方法研究火場內(nèi)水噴淋作用的可行性。結果表明，隨著噴淋流量(工作壓力)的增加