火灾烟流在建筑通道中流动的温度变化规律
火灾中的烟雾蔓延速度了解烟气移动的规律
火灾中的烟雾蔓延速度了解烟气移动的规律火灾中的烟雾蔓延速度：了解烟气移动的规律火灾是一种极其危险的场景，除了火势的猛烈扩散外，烟雾的蔓延也是给人们带来巨大威胁与伤害的因素之一。
了解火灾中烟雾蔓延速度以及烟气移动的规律，对于火灾防控与室内逃生安全具有重要意义。
本文将深入探讨烟雾蔓延速度的影响因素、烟气移动的规律以及火灾中的烟雾控制措施。
一、烟雾蔓延速度的影响因素在火灾中，烟雾的蔓延速度受到诸多因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 火源特性：火源的温度、燃烧物质的种类和量，直接影响烟雾的产生和蔓延速度。
高温火源和易燃物质将使烟雾生成迅速，加快蔓延速度。
2. 火场结构：火灾发生的场所和结构物的特点决定了烟气的流动路径。
开放式空间中的烟雾蔓延速度较快，而封闭或狭窄的空间则会限制烟气的流动，使其速度较慢。
3. 通风条件：通风条件是影响烟气移动的重要因素之一。
自然通风和人工通风的存在与否以及通风口的位置和大小都会直接影响烟雾的蔓延速度。
4. 居住环境：室内的温度、湿度、空气流动等环境因素也会对烟雾蔓延速度产生影响。
较高的温度和低湿度有利于烟气上升和水平扩散。
二、烟气移动的规律烟气移动在火灾场景中呈现出一定的规律，主要包括以下几个方面：1. 烟气上升：火灾中烟气通常会向上升腾，这是因为烟气具有较低的密度和较高的温度，比空气轻，形成浮力而上升。
烟气的上升速度取决于火源的燃烧强度和室内空气的通风情况。
2. 烟气水平扩散：烟雾在向上升腾的同时，也会水平扩散。
这是因为烟气释放的热量和烟气的动能，使烟雾分子克服空气阻力，沿着水平方向扩散。
扩散速度受到烟气流动路径、通风条件和空间结构的限制。
3. 烟气下降：当烟气上升遇到屋顶、墙壁等障碍时，由于空间受限，烟气将会产生下降的趋势。
下降速度取决于空间结构和烟雾的温度、密度等因素。
三、火灾中的烟雾控制措施为了减少烟雾蔓延速度对人员生命安全的威胁，需要采取一系列的烟雾控制措施：1. 预防为主：加强火灾预防工作，定期检查火灾报警系统、防火设施和灭火器材的完好性和可用性，减少火灾的发生概率和规模。
火灾烟气流动规律
火灾烟气流动规律引言火灾是一种常见的灾害，不仅会造成财产损失，还可能导致人员伤亡。
在火灾中，烟气是最主要的危险因素之一。
了解火灾烟气的流动规律对于有效地进行火灾预防和应急处理至关重要。
本文将详细介绍火灾烟气的流动规律，并探讨其影响因素和应对措施。
火灾烟气的流动规律火灾烟气的流动规律可以分为两个方面：上升流和水平扩散。
上升流在火场发生时，由于燃烧物质产生的高温和大量的热量释放，空气被加热并膨胀，形成上升流。
上升流是火灾烟气向上运动的主要驱动力。
上升流受到多种因素的影响，包括以下几点： 1. 火源温度：火源温度越高，上升流速度越快。
2. 燃料类型：不同材料燃烧所产生的热量和烟气的密度各不相同，从而影响上升流的速度和方向。
3. 火场尺寸：火场尺寸越大，上升流越强烈。
水平扩散除了上升流，火灾烟气还会在水平方向上扩散。
这主要取决于以下因素： 1. 烟气密度：烟气密度越大，水平扩散能力越差。
2. 通风条件：通风条件对于火灾烟气的水平扩散起着重要作用。
如果有良好的通风条件，烟气会更容易被排出建筑物或火场。
影响火灾烟气流动规律的因素火灾烟气的流动规律受到多种因素的影响，下面我们来详细介绍几个主要因素：温度差异温度差异是导致火灾烟气产生上升流的主要原因之一。
由于火源释放出的高温空气比周围环境温度高，形成了温度梯度。
这种温度差异导致了空气密度变化，从而产生了上升流。
空间几何形状建筑物的空间几何形状对火灾烟气的流动规律起着重要影响。
狭长通道会加速烟气的流动速度，而宽敞的房间则会减缓烟气的流动速度。
通风条件通风条件是影响火灾烟气水平扩散的重要因素。
如果建筑物具有良好的通风系统，能够及时排出大量的烟气，从而减少了火灾蔓延和扩大的可能性。
燃料类型和堆放密度不同类型的燃料在燃烧时会产生不同密度和温度的烟气。
堆放密度也会影响火灾烟气流动规律。
高密度堆放的物品会导致更多的热量积聚和更慢的上升流速度。
应对火灾烟气流动规律的措施了解火灾烟气的流动规律可以帮助我们采取相应措施来预防和处理火灾。
公路隧道火灾烟气流动规律及通风防排烟对策研究
公路隧道火灾烟气流动规律及通风防排烟对策研究摘要伴随着交通业的迅速发展，世界范围内建成了越来越多的隧道，其中绝大部分是公路隧道。
公路隧道在给人们带来便利交通的同时，也给火灾防治带来了许多问题。
公路隧道火灾可能成为人员群死群伤、车损洞毁、交通中断的重大恶性火灾，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。
因此，研究公路隧道火灾的烟气流动的规律及防排烟具有非常重要的意义。
本文首先介绍了公路隧道火灾的特点及当今世界范围内公路隧道火灾的典型案例，在详细分析了火灾时隧道内温度场、压力场以及隧道坡度等因素对火灾不同发展阶段公路隧道内烟气流动规律的影响和制约的基础上，对公路隧道横向、纵向等各种不同的通风排烟方式的特点进行了探讨与分析。
在对公路隧道横向、纵向通风排烟方式在实践中遇到的一些困难和问题进行详细探讨研究的基础上，对公路隧道横向、纵向通风排烟方式提出了相应的改进措施，为隧道火灾防排烟系统的工程设计、灭火救援提供一定的理论依据和技术支持。
关键词公路隧道；烟气流动；火灾；防排烟Study on the Law of Fire Smoke Movement andCountermeasures of Ventilation and Smoke ControlAbstractWith the rapid development of transportation industry,more and more tunnels have been built in the world, most of which are highway tunnels. Highway tunnels facilitate the transport of people. However, at the same time, they bring a lot of problems to the fire prevention and control. Tunnel fire may be a devastation which might cause great casualty, vehicles damaged; tunnel collapses and major traffic disruption, causing huge economic losses and adverse social impacts. Therefore, it has significant meanings to study the law of the smoke movement in the tunnel fire and the smoke prevention and exhausting.At the beginning, this paper introduces the characteristics of tunnel fire and the typical case in tunnel fire around the world nowadays.On the basic of detailed analysis on the tunnel temperature field, pressure field, as well as factors such as the tunnel slope influence and restrict the law of flue gas movement on different stages of fire, the paper exploresand analysis the characteristics of different ways on exhausting the smoke, such as horizontal emission and vertical emission and so on. Besides, on the basic of exploring the difficulties and problems met when practicing the horizontal, vertical and so on ways of exhausting the smoke, the paper provides with the corresponding improvement on horizontal and vertical ventilation; it also provides with theoretic foundation and technical supports on the engineering design, fire-fighting and rescue of the tunnel fire prevention and exhausting system.Key wo rds highwaytunnel; smoke movement; fire; smoke control目录中文摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)1 引言 (1)2 公路隧道火灾事故概述 (2)2.1公路隧道火灾案例 (2)2.2公路隧道火灾的特点 (2)2.3公路隧道火灾的危害 (4)3 隧道火灾烟气流动规律及影响因素 (4)3.1火灾时隧道内温度场分布对烟气流动的影响 (4)3.1.1燃烧温度 (4)3.1.2温度场分布 (5)3.1.3温度场的扩散速度与范围 (6)3.2火灾时隧道内压力场分布对烟气流动的影响 (7)3.2.1隧道内的风流压力变化 (7)3.2.2隧道内的风速变化 (8)3.3火灾时隧道坡度对烟气流动的影响 (8)3.3.1无通风的情况 (8)3.3.2有通风的情况 (8)4 公路隧道通风及防排烟 (9)4.1公路隧道通风排烟的目的 (9)4.2公路隧道通风排烟系统简介 (9)4.3公路隧道通风及排烟方式 (10)4.3.1横向通风排烟 (10)4.3.2纵向通风排烟 (10)4.3.3半横向通风排烟 (10)4.4公路隧道通风及排烟方式选择的影响因素 (10)5 公路隧道火灾通风排烟中遇到的问题及改进措施 (11)5.1横向通风排烟存在问题及改善措施 (11)5.2纵向通风排烟存在问题及改善措施 (11)6 结束语 (12)参考文献 (13)致谢 (14)1 引言随着交通业的迅猛发展，世界范围内建成了越来越多的隧道，尤其是公路隧道。
第六章 建筑火灾烟气流动
火灾时产生的烟气的浓度，一般取决于火灾房间 的燃烧状况。为了研究各种材料在火灾时的发烟特 性，有人在恒温的电炉中燃烧试块，把燃烧所产生 的烟集蓄在一定容积的集烟箱里，同时测定试块在 燃烧时的质量损失和集烟箱内烟气的浓度，将测量 得到的结果列于表6.1中。 2）建筑材料的发烟量与发烟速度 各种建筑材料在不同温度下燃烧时，其单位质量 所产生的烟气量是不同的。 除了发烟量外，火灾中影响生命安全的另一重要 因素就是发烟速度，既单位时间内单位质量的可燃 物燃烧时的发烟量。
2）火灾紊流 火灾紊流的上升烟流量，对烟层下降有较大影响 的紊流区段，在高度Z处紊流质量流量m表示为：
m Cm (
2 a g
c p Ta
)1 / 3 Q 1 / 3 Z 5 / 3
m Cm (
2 a g
c p Ta
)1 / 3 Q 1 / 3 ( Z Z 0 ) 5 / 3
式中：Ta——周围的温度，K； cp——空气比定压热容，kJ/(kg•K)； Z0——假设点热源位置，m； Cm——试验常数，在空气未紊乱的空间，可 取Cm=0.21，当周围空气紊乱时，此 值会增大。
1 2 1 2 v1 p1 gZ1 v2 p 2 gZ 2 2 2
式中：v——气流速度，m/s； Z——从基准面算起的高度，m； p——高度Z处的绝对压力，从外部垂直作 用于流管的断面，Pa.。
2）连续方程式 流体流动时，沿流向质量守恒，流动是连续的。 在总流中选取1-1,2-2断面，则可得出反映两断面间 流动空间的质量的连续性方程：
3）能见距离 研究表明，烟气的减光系数Cs与能见距离D之积 为常数，用C表示，其数值因观察目标的不同而不同。 例如，疏散通道上的反光标志、疏散门等C=2~4； 对发光型标志、指示灯等，C=5~10。 2~4 反光型标志及门的能见距离D： D
高层建筑火灾烟气竖直方向传播规律及分布研究
, 可以模拟受火灾浮升力驱动的多种流动
过程。 FDS 在模型的构建过程中较其它模型采用了 尽可能少的假设 , 其理论基础坚实, 能够描述很大范 围的火灾现象, 代表了目前火灾烟气运动数值模拟 的世界领先水平。其基本方程
[ 12 ]
如下 :
连续性方程 ( Conservation o fM ass) : t + ! u= 0
[ 11]
图 1 建筑模型标准层平面示 意图
2 3 参数设置 模拟对象为典型高层建筑 , 设定发生火灾时各 前室防火门及火灾房间房门为开启状态 , 其他房间 门窗均为关闭。火源的设置参考了 民用建筑防排 烟技术规程 中无喷淋的办公室、 客房 , 最大热释放 [ 13] 率为 6MW , 火源燃烧材料设置为木材。网格大 小设置为 0 25m ∃ 0 25m ∃ 0 3 m, 周围墙壁和顶棚 的材料设置为混凝土, 内部环境温度设 置为 15% , 外界设置为 10% 。在各层楼梯间 及走廊中线设置 了采样位置, 每个采样位置设置 高度为 1 8m 的数 据采样点 , 如图 1中 A、 B 点所示。
[ 7~ 8]
, 对于竖直方向尤其是在管道井和楼梯间
[ 9]
共同作用于烟气流动扩散研究较少。高层建筑火灾 中的火风 压产生 , 导 致高 温火 灾烟 流沿各 种通 道 , 如走廊、 楼梯间、 电梯井、 管道井、 电缆井和垃圾 井等通道, 从起火层向其上层或下层空间蔓延。本 文对于高层建筑结构进行了典型的抽象, 在防火门 开启不能起到防烟作用的情 况下, 以 ! 起火房间 走廊 - 楼梯间前室 - 楼梯间 /管 道井 - 楼梯间前室 - 走廊 ∀为典型结构进行了火灾烟气运动的模拟研 究。
[ 1]
图 9 楼梯间温度变化情况
第七讲 火灾时期风流的紊乱
4、再生火源
井下发生火灾时，原生火源排出的高温烟流在流经的沿途掺入新风 的地点再次着火，并引燃木支架或煤壁所生成的火源称之为再生火源。 从原生火源排出的火烟具有高温的特点，在流经的巷道中，如果没 有新风流的参入，烟流因缺氧无法引燃巷道中的可燃物。但如果高温烟流 流经的巷道有新风流的参入，当烟流温度高于巷道中可燃物（木背板、木 支架、电缆、皮带等）的着火点时高温烟流将在参新风的地点再次发生燃 烧，形成再生火源。 再生火源的产生，将是非常危险的，它将使事故扩大、造成风流紊 乱。产生再生火源的危险性与火烟的温度、成分有密切的关系，在下列几 种条件下都可能产生再生火源。
取 则
C PS C PV C Pm
Tm m S TS m V TV
(6-2O)
当烟流温度为Ts=50O℃，风流温度Tv=20℃时，根据掺入烟流的风量不同， 所计算得的混合气体温度如表6-3。 表6-3 渗入烟流的风量不同，混合气体的温度表
mv（%）
Tm（℃）
10
452
20
404
30
352
第七讲 火灾时期风流的紊乱
2013-9-12
第一节 火灾时期常见的风流紊乱形式
一旦矿井发生火灾事故，不管是内因火灾还是外因火灾，由于是缺 氧燃烧，往往成生大量的有毒有害气体及高温烟流。如果烟流流经的 通道不畅通以及火源温度特别高，生成大量的烟雾，则往往容易造成 矿井风流局部或全矿性的紊乱，烟流可能侵入不该到达的区域。如果 没有正确的防范措施，将会造成严重的后果，导致事故的扩大，造成 更大的伤亡事故。 例如1947年1月30 波兰莫泽尤夫矿，采区上山发生火灾，由于矿井 通风管理薄弱，加之领导对火灾时期风流的变化规律缺乏知识，处理 不当，以至位于火区上风侧远离火源的采区遭到有毒气体的侵袭，致 使２５人物股丧生。 1)矿井概况 通风系统示意图(图6-33a)与网路图(图6-33b)只绘出了与火灾有 关部分。风流从进风井筒进入生产水平后，通过大巷、石门(2-3-1-5) 分别流向矿井两翼的各个煤层采区。西翼采区因自然发火封闭，生产 安排在东翼采区和西翼的上阶段。暗井是从上阶段下放重车的通道。
建筑火灾的发展蔓延规律
四、建筑物内火灾蔓延模式 （1）水平蔓延 （2）垂直蔓延
7
五、建筑物间火灾的蔓延 火从着火建筑向邻近建筑蔓延的形式主要 有热对流、热辐射和飞火三种。
8
3
一、建筑火灾发展的阶段 3.室内火灾的熄灭阶段 特点：
（1）可燃物减少 （2）燃烧速度减慢 （3）温度下降
4
二、建筑火灾蔓延的主要方式 火灾蔓延的方式有三种
（1）热辐射 （2）热对流 （3）热传导 建筑火灾内蔓延的主要方式是：热对流。 即高温烟气的蔓延就是火势的蔓延。
三、建筑物内火灾蔓延途径 （1）内墙门 （2）外墙窗口 （3）楼板上的孔洞、建筑物内的各种管 道竖井 （4）房间隔墙 （5）穿越楼板、墙壁的管线和缝隙
建筑火灾的发展蔓延规律
1
一、建筑火灾发展的阶段
1.室内火灾的初期阶段
特点： 燃烧范围不大，仅限于点火源附近； 室内温差大，室内平均气温低； 火灾发展速度较慢； 火灾发展时间受火源、可燃物性质、分 布、通风条件影响，长短差别较大。
2
一、建筑火灾发展的阶段 2.室内火灾的全面发展阶段 特点： （1）火灾规模迅速增大、高温 （2）释放出可燃气体 （3）全面起火、轰燃
火灾烟气流动规律
火灾烟气流动规律概述火灾烟气流动规律是研究火灾中产生的烟气在室内或其他封闭环境中的流动行为。
了解烟气的流动规律对于火灾预防和安全疏散具有重要意义。
本文将深入探讨火灾烟气的流动过程、影响因素以及相关安全措施。
烟气流动在火灾中，燃烧产生的烟气是造成人员伤亡和财产损失的主要原因之一。
烟气中含有大量有毒气体和悬浮颗粒物，其流动特性对于火场疏散、安全通道设计和消防设备等具有重要影响。
烟气流动是通过自然对流、强制对流和辐射传热三种方式进行的。
自然对流是由于烟气的密度较大，受重力作用产生的流动。
强制对流是通过通风设备或其他外部力量施加的压力差而产生的流动。
辐射传热是由于烟气中的热辐射导致气体的热膨胀，进而产生流动。
影响因素火源特性火源的温度、火势大小和燃烧物质的种类直接决定了烟气的温度、密度和化学成分。
火源的高温会导致烟气的密度减小，从而影响烟气的上升速度和流动方向。
空间布局室内的空间布局对于烟气流动具有重要影响。
通风口的位置和尺寸、隔墙的高度和材料等都会影响烟气的扩散和聚集。
狭小的空间容易造成烟气的堆积，增加火灾蔓延的速度和危险程度。
烟囱效应烟囱效应是指烟气在烟道或狭窄通道中由于热膨胀产生的向上流动。
烟囱效应可以加速烟气的排放和通风，但同时也会产生副作用，如将火灾扩散到其他区域或通风不足导致烟雾滞留。
外部环境外部环境的气流、温度和气压都会对烟气的流动产生影响。
风向和风速决定了烟气的传播方向和速度。
温度差异引起的气流变化也会改变烟气的流场分布。
安全措施火灾预防火灾预防是最有效的安全措施之一。
合理使用电器、防止短路、定期检查火灾隐患、配备灭火设备等都能有效减少火灾的发生。
此外，引入火灾报警系统和自动喷水灭火系统也能在火灾初期及时控制火势。
安全疏散火灾疏散的关键是及时有效地将人员从火场中撤离。
建筑物的设计应考虑易于疏散的通道和紧急出口。
在火灾发生时，正确进行疏散演练，提高员工和居民的火灾应急意识和自救能力。
通风设备通风设备是控制烟气流动的重要手段之一。
火灾烟流在建筑通道中流动的温度变化规律
２ 离散 化 方 程
求 解 ｈ 模型 是一 个 比较 复杂 的 问题 ． 述 与一 般 固体传 热的计 算 方法一 样 ． 灾 建筑 围护结 构热传 火 导的计算 多 采用 数值解 法 ， 常用 的数值 解法 是差 最
高层建筑发生火灾时 ， 高温烟流在建筑物通道
内蔓延 ． 必然 要 与墙 壁 进行 热交 换． 首先 是 高温 烟
流 与墙壁 内边界 的受 迫对 流和辐射 热 交换 ， 然后是
Ｆｉ ． Ｓｋ ｔ ｈ ｍａ ｆｔ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ａ ｏ ｄ ｃ ｉ ｎ ｏ ｌ ｇ １ ｅ ｃ ｐ ｏ ｒ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｎ ｕ ｔ ｆｗａ ｌ ｃ ｏ
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第 ３ 卷 第 ５期 １ ２０ ０ ２年 ５月
中国矿业大 学学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉａＵｎｖ ｒｉ ｆＭ ｉ ｉｇ ＆ Ｔｅｈｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＣｈｎ ｉｅｓｔ ｏ ｎｎ ｙ ｃ ｏｏ ｙ
ＶｏＩ ３ ｌ １ Ｎｏ．３ Ｍａ ０ ｙ ２０ ２
同温度 曲线 丁 了 了 。 １ １ 变化不 一样．
丁 部 亘
火灾 流动烟 流 温度 的计 算 ， 高 层建筑火 灾全 是 风网计算机 动态 模拟 的基 础 ， 同时也是 建立 可靠 的
防排 烟系统 与人 员疏 散 系 统 的基 础． 井 火灾 中 ， 矿
虽 然对巷 道 中的烟 流温度 进行 了非稳 态模 拟 ， 但模 型是建立 在半 无穷大 平壁 假设 上 的ｌ． １ 高层 建筑火 一 灾 中， 壁 的厚度 不是 无 穷 大 ， 墙 墙壁 外 侧 与房 间或 外 部环 境相 邻 ， 与矿 井烟 流传 热机 理 不 同． 这 在现 有 高层 建筑火灾 烟 流流动 规律 的模 拟 计算 中 ， 主要 集 中于着 火空 问烟 流流动 规律 的定 量分 析 ， 一般模 型 主要求 解墙 壁的非 稳 态热传 导 ， 对建 筑通 道 ］而
高层建筑火灾烟气流动规律分析及烟气控制措施
车出现在杭州，高度可达到 １０１ｍ，约 ３５层楼的高度；世界上先进 室内的可燃物品也使用不燃材料或难燃材料的橱柜存放，此外在
２．２ 火势蔓延迅速
高层建筑内部垂直的通道很多，如电梯竖井，管道竖井，电缆 竖井，一旦发生火灾，如果防火分隔或防火处理措施不当，竖井就 会成为火势蔓 延 的 途 径，烟 囱 效 应 就 会 通 过 这 些 竖 井 很 容 易 形 成。火势就会很快向上蔓延到楼层的其他部位。加之外部的风 力也会使火灾向相邻的建筑物扩散。
２．３ 功能复杂，火灾荷载大，起火因素多
高层建筑一般具有很多的使用功能。很多高层建筑集餐饮、 娱乐、宾馆于一体。为 满 足 这 些 功 能，高 层 建 筑 需 要 进 行 大 量 的 装修。而装修材料内部含有大量的可燃物，使整个建筑物的火灾 荷载增大。并且建筑物内用电设备很多，用电量大，漏电、短路时 有发生容易形成点火源。建筑物内电路复杂，在安装、使用、维修 过程中也易形成潜在的点火源。如果在用电过程中乱拉电线，随 意增加用电荷载，就会增大火灾危险性。
３．３ 烟气的沉降
对于高层建 筑 火 灾，烟 气 除 了 会 在 建 筑 物 内 横 向 和 竖 向 流 动，还会因建筑结 构 的 阻 挡 而 向 下 扩 散，即 烟 气 的 沉 降。 资 料 显 示，对于高层建筑 居 民 楼 的 火 灾 荷 载 条 件 下，着 火 房 间 的 烟 气 降 至 ８０ｃｍ的时间一般不会超过 ３ｍｉｎ，所以房间一旦着火就会伴随 着烟气的侵袭。这不仅使得房间的能见度降低，还使得携带并辐 射大量热量的空气中含氧量减少，形成缺氧环境，并伴随着有毒、 有害和腐蚀性的物质，从而威胁到生命及财产安全。
中图分类号：ＴＵ９９８．１
文献标识码：Ａ
１ 概述
当前高层建筑 的 增 多 在 给 城 市 带 来 繁 华 的 同 时，也 因 其 结 构复杂、功能多样、人 员 密 集、施 救 困 难 等 诸 多 原 因 增 加 了 消 防 安全隐患，一旦发生火灾，往往火势很猛，烟雾很大，经常会造成 群死群伤的严重后果［１］。２０１５年 ７月 １１日，湖北武汉紫荆嘉苑
建筑火灾烟气的流动规律与控制方法分析
的传播将增强 。如果层与层之间没有缝隙渗漏烟
气， 中和面 以下 除 了着火 层 以外 的各层 是无 烟 的 。
与走廊 、 邻室或室外形成热压差 ， 导致着火房间内 的烟气与邻室或室外 的空气 相互 流动， 中和面 的 上部烟气 向走廊 、 邻室或室外流动 ， 而走廊 、 邻室
或室外 的空气 从 中和面 以下 进 入 。这 是烟气在 室
中图分类号 ：Ｘ ２ ． ９ ８７
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：１７ ６２—７ ６ （０ ６ ０ —０ ３ —０ １ ９２ ０ ） ３ ０ ６ ３
建筑火灾是一种多发性灾难 ， 它导致巨大的
他各层都无烟。当着火层 在中和面以上时， 火灾 开始阶段烟气温度较低 ， 则烟气在逆 向烟 囱效应
间楼 板上 总 是有 缝 隙 （ 在 管 道 通过 处 ）则 在 上 如 ；
困难 ， 甚至窒息 ， 这是造成人员伤亡 的主要原 因。 此时 ， 如果该建筑物内有合理 的防排烟系统 ， 可使 在场人员沿着疏散通道尽快撤离到达安全地 点。 如何减轻建筑火灾引发的人员伤亡灾难， 是本文
阐述 的主 旨。
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第 ３卷
第 ３期
华北科技学 院学报
２０ ０ ６年 ９月
建 筑 火 灾 烟 气 的流 动 规 律 与 控 制 方 法 分 析 ①
张维亚 ，曹新颜２ ，宋
（． １ 华北科技 学院 ， 北京 东燕郊 ３ 河北省交通厅 ， ． 石家庄 ０ ０ ３ ） ５０ １
下层房间压力差作用下烟气也将渗透到其他各层
中去 。
： ： ． ． 。
ｉ＿ ｌ ｌ ＇ ｆ、源自’－’ １ 建筑火 灾烟气 的流动规律
１１ 烟 囱效 应 引起 的烟 气流 动 ．
超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施
第1章绪论1.1研究目的和意义随着城市人口的迅速增长，超高层建筑不断增加。
超高层建筑中存在电梯井、楼梯井、管道井、电缆井等多种竖向通道，一旦发生火灾，在烟囱效应、活塞效应、热烟浮力以及室外风的共同作用下，这些竖井将会极大地促进火势及烟气的蔓延，从而造成严重的危害。
据统计美国、德国对火灾中造成人员伤亡的原因的统计资料表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被有毒烟气熏死的死者占火灾中死亡总人数的70%-80%，因此，开展对超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施的研究，以有效减少超高层建筑火灾事故的发生和蔓延，减少生命财产损失。
超高层建筑内存在很多不同结构的的竖向通道。
一旦发生火灾，烟气进入竖井后，竖井将成为烟气蔓延的主要途径。
烟气的迅速蔓延，会危及超高层建筑内其他楼层安全，严重的人员伤亡和财产损失就不可避免。
所以，迅速的进行火灾扑救的有效途径可以通过设计合理的通风和防排烟设施，控制火灾烟气在超高层建筑内的肆意蔓延来实现。
所以，深入的进行分析竖井结构内的火灾烟气驱动力及烟气运动过程，并掌握火灾烟气驱动力及烟气运动的原理，从而动态的分析超高层建筑不同的竖井结构，为超高层建筑实际防火设计及人员疏散提供理论基础和实践指导依据。
因此，本课题所开展的超高层建筑火灾烟气在竖向通道中的蔓延规律和控制措施的研究具有重要的实际意义。
1.2 研究内容针对竖井实验平台对烟囱效应影响、热烟浮力影响、室外风影响、等情况进行数值模拟，在试验中得结论如下:在烟囱效应的影响下竖井内外温差将逐渐增大，一旦维持竖井内外温差的外界热源不复存在，烟囱效应将急速消退，同时若内外温差相差很小时，正烟囱效应中的气体流动较逆烟囱效应的慢，在烟气扩散前期起主导作用是热烟浮力，当温度继续升高后，温差在竖井内外出现，这时起主导作用的变为烟囱效应;竖井内烟气扩散同时也会受周围风的极大影响，竖井内的烟气扩散的风向影响的次序为:背风面小于侧面，而侧面又小于迎风面。
火灾时期的通风(1)
可编辑ppt
1
Z
2
4
ρa ρmg
F 火3
4
2、火风压的特性
（1）火风压产生于烟流流过的有高差的倾斜或 垂直巷道中。Z值越大，h火值越大。
（2）火源相当于一台局部通风机。火风压的作 用相当于在高温烟流流过的风路上安设了一系 列辅助通风机；
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22
特别是多回风井通风的矿井应坚持多风机同时反 风的规定，避免未反风的系统内人员伤亡。反风是 一项技术性很强的措施，应慎重考虑反风后果。
由于矿井通风网路的复杂性、火源出现的偶然性、 火势发现的不均衡性，采用什么方式反风，应根据 具体情况确定。
最好平时做好反风的演习工作， 通过演习观测 瓦斯涌出、煤尘飞扬情况，以判断在火灾时期是否 有发生爆炸的危险。通过演习摸清在什么地点发火 应采取何种反风方式。
为了防止旁侧风路风流逆转，主要措施有： （１）降低火风压； （２）保持主要通风机正常运转； （３）采用打开风门、增加排烟通路等措施减小排
烟路线上的风阻；
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（2）下行风路产生火风压 在下行风路中产生火风压，其作用方向与主要通
风机作用风压方向相反。 当火风压等于主要通风机分配到该分支压力时，
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火
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火
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旁侧支路风流逆转
（１）旁侧支路风流逆转。当火势发展到一定的程度
时，通风网路中与火源所在排烟主干风路相连的某
些旁侧分支的风流可能出现与正常风向相反的流动，
在灾变通风中把这种现象叫做旁侧支路风流的逆转。
高层建筑火灾的烟雾流动规律
高层建筑火灾的烟雾流动规律高层建筑火灾的烟雾流动规律1、建筑物内通风、空调系统对建筑物内压力的影响，取决于供风和排风的平衡情况。
如果各处的供风和排风是相同的，那么该系统对建筑物内的压力不会产生影响，如果某部位的供气超过排气，那里便出现增压，空气就从那里流向其他部分。
反之，在排气超过供气的部位，则出现相反的现象。
因此，建筑物内通风、空调系统可以按照某种预定而有益的方式设计，以控制建筑物内的烟雾流动。
2、气体膨胀。
温度升高而引起的气体膨胀是影响烟雾流动比较重要的因素。
根据气体膨胀定律，可推算出着火期间着火区域内的气体体积将扩大3倍，其中2/3气体将转移到建筑物的其他部分。
而且膨胀过程发生相当快速，并造成非常大的压力，这些压力如果不采取措施减弱，就会迫使烟从着火层往上和往下向建筑物其他部分流动。
3、烟囱效应。
当室内空气温度大于室外时，由于室内外空气容重的不同而产生浮力。
建筑物内上部的压力大于室外压力，下部的压力小于室外压力。
当外墙上有开口时，通过建筑物上部的开口，室内空气流向室外；通过下部的开口，室外空气流向室内。
这种现象，就是建筑物的烟囱效应。
它是由高层建筑物内外空气的密度差造成的，高层建筑的外部温度低于内部温度而形成的压力差将空气从低处压入，穿过建筑物向上流动，然后从高处流出建筑物，这种现象被称为正热压作用。
在低处外部压力大于内部压力，在高处则相反，在中间某一高度，内外压力相同，即存在一个中性压力面。
烟囱效应随建筑物的内外温度差以及建筑物高度的增加而增加，在火灾发生于较低层时，烟囱效应对竖井和较高层的烟污染的影响极为显著，因为此时烟从低层上升至高层内的潜能更大。
由烟囱效应造成的压力差和气流分布，以及中性压力面的位置，取决于建筑物内分隔物的开口对气体流动的限制程度。
火灾时，由于燃烧放出大量热量，室内温度快速升高，建筑物的烟囱效应更加显著，使火灾的蔓延更加快速。
因此烟囱效应对建筑物的空气的流动起着重要作用。
精讲：建筑火灾的烟气蔓延
建筑发生火灾时，烟气流动的方向通常是火势蔓延的一个主要方向。
一般，500℃以上热烟所到之处，遇到的可燃物都有可能被引燃起火。
一、烟气的扩散路线烟气扩散流动速度与烟气温度和流动方向有关。
烟气在水平方向的扩散流动速度较小，在火灾初期为0.1～0.3m/s，在火灾中期为0.5～0.8m/s。
烟气在垂直方向的扩散流动速度较大，通常为1～5m/s。
在楼梯间或管道竖井中，由于烟囱效应产生的抽力，烟气上升流动速度很大，可达6～8m/s，甚至更大。
当高层建筑发生火灾时，烟气在其内的流动扩散一般有三条路线：第一条，也是最主要的一条是着火房间→走廊→楼梯间→上部各楼层→室外;第二条是着火房间→室外;第三条是着火房间→相邻上层房间→室外。
二、烟气流动的驱动力1.烟囱效应当建筑物内外的温度不同时，室内外空气的密度随之出现差别，这将引发浮力驱动的流动。
竖井是发生这种现象的主要场合，在竖井中，由于浮力作用产生的气体运动十分显著，通常称这种现象为烟囱效应。
在火灾过程中，烟囱效应是造成烟气向上蔓延的主要因素。
2.火风压火风压是指建筑物内发生火灾时，在起火房间内，由于温度上升，气体迅速膨胀，对楼板和四壁形成的压力。
火风压的影响主要在起火房间，如果火风压大于进风口的压力，则大量的烟火将通过外墙窗口，由室外向上蔓延;若火风压等于或小于进风口的压力，则烟火便全部从内部蔓延，当它进入楼梯间、电梯井、管道井、电缆井等竖向孔道以后，会大大加强烟囱效应。
烟囱效应和火风压不同，它能影响全楼。
3.外界风的作用三、烟气蔓延的途径1.孔洞开口蔓延2.穿越墙壁的管线和缝隙蔓延3.闷顶内蔓延由于烟火是向上升腾的，因此顶棚上的入孔、通风口等都是烟火进入的通道。
闷顶内往往没有防火分隔墙，空间大，很容易造成火灾水平蔓延，并通过内部孔洞再向四周的房间蔓延。
4.外墙面蔓延在外墙面，高温热烟气流会促使火焰蹿出窗口向上层蔓延。
一方面，由于火焰与外墙面之间的空气受热逃逸形成负压，周围冷空气的压力致使烟火贴墙面而上，使火蔓延到上一层;另一方面，由于火焰贴附外墙面向上蔓延，致使热量透过墙体引燃起火层上面一层房间内的可燃物。
5.1建筑火灾的发展蔓延规律
5.1建筑火灾的发展蔓延规律
现以建筑物中的套房为单位，定名为 “室”，室不仅代表寝室、客房，亦可代表车厢、 船舱、机舱、仓库等，如图所示。
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建筑火灾一船初起于建筑中某个防火分区中的单 一房间或局部地点，随后蔓延到相邻房间、全楼 层，以至整个建筑。描述室内火灾发展过程有两 种表示方法：一是以室内平均温度随时间变化的 曲线表示，如图所示，这种方法可以用模拟办法， 使用实测温度加以研究，具有宏观、简易等特点。
第五，商厦周边环境影响了现场施救。商厦的 消防通道也不通畅。在中百商厦装有报警器，但没 有中央控制室，报警器形同虚设。另外，商厦一楼 原本有一个正门，两个偏门，其中一个偏门直接通 往楼顶的楼梯，但这个偏门外面被两家门市占用后 挡死了。该商厦东西两侧均是建筑工地，后侧道路 狭窄，消防车和举高车无法靠近，灭火救援行动受 限。商场建筑和窗户栅栏阻碍了一些人的逃生。中 百商厦的正面二层以上是玻璃墙，而且屏幕与窗户 间距大，起火后停电，楼内一片漆黑。而一楼、二 楼一共有３４个窗户，其中有３０个装着铁栅栏， 给跳楼逃生造成困难。一些人被迫往三楼四楼跑。 一些人慌乱中从楼上跳下来，其中有４人摔到工地 上的硬物上摔死。
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当火焰高度大 于顶棚高度（强羽 流） 时，烟气温度 较高，对建筑构件 有较大破坏。
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建筑火灾中，初起阶段火灾持续时间对建筑 物内人员的安全疏散、重要物资抢救，以及火灾 扑救具有重要意义，该阶段是灭火最为有利的时 机，也是人员安全疏散的最有利时段，因此，应 设法尽早发现火灾和控制火灾，把火灾消灭于初 起阶段，消灭在起火点。如果室内火灾经过诱发 成长，一旦达到轰燃，则该室内未逃离人员的生 命将受到严重威胁。
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第三，现场人员缺乏火场逃生自救能力和知识。因火灾 发生在商厦低层，火灾向上蔓延速度最快，烟火沿楼梯迅速 向上扩散，一楼、二楼商厦业户、顾客等共４００人左右逃 生相对比较及时。三楼、四楼的群众没有有效地向安全地带 逃生，而是逃向犄角旮旯，有的还从下往上逃生。如果四楼 被困人员从四楼向下紧急疏散，只需要一两分钟就可以到达 室外。而人们从四楼一个卫生间里搜出６具尸体，反映出平 时群众在发生火灾时逃生知识的贫乏和自救能力的薄弱。而 且人们在危机来临时还有一种本能的从众心理，哪儿人多就 往哪儿跑，消防官兵们在后来救人的时候发现，很多死者都 是聚在一起的。 第四，商场内可燃物较多，其中有一些化纤和易燃商品， 导致大量有毒气体对内困人员和现场施救人员造成很大伤害。 中百商厦的一楼和二楼购物商场摆放和积存着大量各类化纤 衣物、皮革服装、布匹以及大量的塑料制品、日用生活品。 这些可燃物燃烧时产生的大量一氧化碳和有毒物质，对人造 成极大伤害。据公安部门调查，在５３名死者中，至少有４ 3 ０人是中毒窒息死亡。
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& ! + ’ 就可以求得 通道末 端的烟 流温度 1 确定 热 去! 2 * 风压时 ! 常 采 用 通 道 的 平 均 温 度 计 算! 通道的平均
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1 G: 1 式中! 为节点 H 在 1G : 时刻的温度 # 7 )+ 7 H H为 1 节点 H 在 1时刻的温度 # 在 1时 I: )+ 7 H I :为节点 H
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> 离散化方程
求解上述模型是一个比较复杂的问题 # 与一般 固体传热的计算方法一样 # 火灾建筑围护结构热传 导的计算多采用数值解法 # 最常用的数值解法是差 分 法和有 限 元 法 = 有 限 元 法 由 于 计 算 量 大# 所以主 要用于计算温度变化大 ? 形状复杂的围护结构转角 部位以及热桥等局域区域的温度分布 = 差分法便于 处 理 规 则 问 题# 计 算 量 小# 且能够处理热导率 " 等 A 物性参数随温度的变化 @ 本文分析热烟流在建筑 = 计 算 量 大# 而且是一维 物 通 道中 流 动 的 温 度 变 化 # 模型 # 故采用差分法 = 为了用差分法将式 & 离散化 # 首先建立 : * B& C * 如图 -所示的差分网格 # 用相同间距将壁体分为 段# 相邻两个节点的距离为 E 并假 D F & E F/ ; % D * #
1
设在各单元体内温度是均一的 = 通过对空间和时间
6 # C A 的离散化 # 可以得到式 & 的差分方程 @ : * , E < 1 G 1 G 1 G: 7 / & 7 7 * H H G: H I: & E F * , E < 1 I : # H - 7 & E F *
@
A
& J *
图 6 对流边界条件的符号说明 = 6 M K L 5 N ’O P Q .R P SY P W a V Y T L P WO P X W \ Z S NY P W \ L T L P W .
( ’ V )
W 通道温度的求解程序
在网络解算过程中 ! 通道中的烟流温度计算是 基础部分 ! 每条通道的始端温度是通过网络解算得 根据 上 面 的 讨 论 ! 通道温度求解的程序框图 到的* 如图 V所示 * 用该程序可以分析通道中烟流温度随 时间的动态变化 ! 即可以求出通道中烟流的平均温 度及末端温度 * 而用平均温度可以计算该通道的热 风压 ! 这是进行高层建筑火灾全风网网络解算的基 础数据 *
( L 型主要求解墙壁的非稳态热传导 K 而对建筑通道 G
本文在非 中烟流温度的动态变化进行求解的很少 & 稳态热传导的基础上 G 对火灾时通道烟流温度的动 态变化规律进行了探讨 &
M 墙壁内的传热及边界条件
高层建筑发生火灾时 G 高温烟流在建筑物通道 内 蔓延 G 必 然 要 与 墙 壁 进 行 热 交 换& 首先是高温烟 然后是 流与墙壁内边界的受迫对流和辐射热交换 G 墙 壁 内 部的热传 导 G 到墙壁外侧E 在墙壁外侧与房 间相邻的情况下 F 又产生自然对流和辐射热交换 & G 墙壁和房间的热容量是有限的 G 因炽热烟流放 热 致使墙 壁 和 房 间 的 温 度 逐 渐 升 高 G 烟 流 与 墙 壁N 与房间的温差逐渐减小 G 传导的热量增大速率和房 间温度的升高速率也随时间减小 G 因而下风侧同一 地 点的烟流温度随时间升高& 计算通道烟流温度
温度变化为
, ! + , ! + / ( 1 4# 0 2 3 1 ’ ) * + < > + =, 对式 ( 在控制体内积分可以得到 ’ 0 ) , ! + 1 2 $3 , ! + , ! + 1 F G H3 2 3 1 ’ $ E ’
C A 析解 @ 在本模型中 # 取 ] / 6# 这样既可以保证较 =
快的计算速度 # 也可以达到所需要的精度 = 根 据式 & 可以写 出 1时 刻图 6所 示 的 具 有 6 * # 对流 边界 条件的 一 维 非 稳 态 热 传 导 系 统 内 部 对 流
C A 边界能量平衡的差分方程 @ 1 9 E F % " * 7 7 -G & 8 R # & _ * G 9 : E F % " 8 1 1 式 中! 在 1时刻的温度 # 为烟流在 7 )+ 7 - 为节点 R 1时刻的温度 # )‘ 1 7 :/
-
中国矿业大学学报
第6 :卷
式中 !" 为 墙壁的热 导率 # $% & ’ ()* + ,为 热 扩 散 率# 其中 # ’-% . # , /" % & 0 2 * & 0 1 1 为墙壁的比定压热 容# 3 4 % & 3 5( )* + 2为墙壁密度 # 3 5 % ’6* + 78 为墙壁 的初始温度 # )+ 7 )+ 7 9 8为通道烟流温度 # 9 :为外部 房间空气的温度 # )+ ;为墙壁厚度 # ’+ 9 8 为烟流与 墙壁对流换热系数 # $% & ’- ()* + 9 : 为墙壁与房间 为 空气对流换热系数 # $% & ’- ( )* + 7 为温度 # )+ < 时间 # . =
侧的温度 7 这是后面求解烟流温度的必需数据 = # :
1
c 通道中烟流温度的求解
实 际 上# 进 行 全 风 网 网 络 解 算 时# 往往需要知 道烟流在通道中的平均温度 # 而并不需要知道墙壁 中任意点的温度 = 采用矿井火灾烟流非稳态模拟方
: A 法@ 对长度为 d的任意通道 # 可以将其分为 D # :段
为 +时刻第 , 段 墙壁 内表面 的温度 ( 可用式( ; )求 出) ! :* 烟 流对 墙壁的 热交换 量 . 引起的烟流温度 , ! + 变化 可以用下式表示 1 2 !
+ , + . , ! ( ? ) + < > =, + + 式中 6 段控制体烟流的质量流量 ! < =,为 +时刻第 , @ C % ( @ AD :)* @ A % B 8 > + 为烟流的比定压热容 ! 由式 ( 和 可以得到 时刻第 段风流的 5 ) ( ? ) ! + , , ! + 1 2 $3
火灾流动烟流温度的计算 G 是高层建筑火灾全 同时也是建立可靠的 风网计算机动态模拟的基础 G 防 排烟系 统 与 人 员 疏 散 系 统 的 基 础 & 矿 井 火 灾 中G 虽然对巷道中的烟流温度进行了非稳态模拟 G 但模
" L 型是建立在半无穷大平壁假设上的 K 高层建筑火 &
灾中G 墙壁 的 厚 度 不 是 无 穷 大 G 墙壁外侧与房间或 外 部环境 相 邻 G 这 与 矿 井 烟 流 传 热 机 理 不 同& 在现 有高层建筑火灾烟流流动规律的模拟计算中 G 主要 集中于着火空间烟流流动规律的定量分析 G 一般模
E " F
边界条件为
Z [) GO[ O G E ( F ) Y O ][ ) G^ _ ‘ E O ‘ G E ! F ] [)[ P ) P )^ OF ] [) Y ] Y O ][ a G^ _ ‘ E O^ O F ‘ G E D F ] [a[ P " P " ] [a Y ]
收稿日期 @( ) ) ( ) ! ) D 基金项目 @北京市科学基金资助项目 E H B B ( ) " ) F 万方数据 作者简介 男G 江西省吉安市人 G 中国矿业大学教授 G 博士生导师 G 从事安全工程 N 消防工程和矿井通风与安 全 方 面 的 研 @周心权 E " B D * A F G 究b
第! "卷 第 !期 ( ) ) (年 *月
中国矿业大学学报
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火灾烟流在建筑通道中 流动的温度变化规律
周心权 G谢旭阳 G刘国法
中国矿业大学 资源开发工程系 G北京 E " ) ) ) H ! F
摘要 @高层建筑火灾时期 G 通道烟流的温度变化规律是消防工程设计的基础 & 基于从一维热传导 方程导出的单元体热平衡差分方程 G 结合控制体技术 G 运用非稳态方法更准确地计算了通道内烟 流温度的动态变化 G 为防排烟系统和人员疏散系统设计提供了基础数据 & 关键词 @高层建筑火灾 I热传导 I有限差分法 I控制体 中图分类号 @= B ( 4H 文献标识码 @J 时G 假设着 火 前 墙 壁 的 温 度 相 等 G 通道横剖面的温 并 且 墙 壁 与 房 间 之 间 不 存 在 热 辐 射& 墙壁 度一 致 G 的非稳态传热模型如图 "所示 E 图中表示的是某一 时 刻 各点的 温度 F 由于墙壁的传热参数E 如 密 度N & 比热容 N 热导率 F 随温度的变化而变化 G 所以 !条不 同温度曲线 O 变化不一样 & G G O O P " P ( P !