不同气象条件下彩钢夹芯板房防火间距的模拟研究

发布时间：2017-10-06 12:28

  本文关键词：不同气象条件下彩钢夹芯板房防火间距的模拟研究

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【摘要】：我国是世界上自然灾害发生广泛、灾种多样、灾情严重的国家,加之人口众多,导致在自然灾害发生时,短时间内需要安置大量的灾民。特别是2008年“5·12”汶川特大地震期间,为妥善安排灾民的基本生活,短时间内需要修建大量的过渡安置房,但无相关可参考的技术规范。因此,由住房和城乡建设部迅速组织相关单位紧急编制了《地震灾区过渡安置房建设技术导则》(试行),以下简称《导则》,以此作为临时安置点修建活动板房与帐篷的指导性规范,来满足当时的需要。《导则》中关于板房防火间距的规定是在参考国内外相关研究成果和技术规范的基础上提出的,既无试验验证也未考虑灾区气象条件和地理条件的差异,明显缺乏科学性和合理性。四川省公安消防总队开展了有关活动板房和帐篷防火间距的全尺寸实体火灾试验,并基于全尺寸火灾试验数据,做了相关的模拟研究。但模拟研究中的气象条件范围过窄,极端气象条件设置不合理,更没有考虑对流换热强度对板房防火间距的影响,也没有拟合出板房组团间防火间距与气象条件的计算公式。针对上述模拟研究中出现的问题,本文作进一步的分析研究,并详细分析对流换热强度对板房组团间防火间距的影响。基于既有彩钢夹芯板房火灾实试验数据(试验环境:环境温度为15.7℃、静风),运用FDS软件建立了计算机模型,将模拟结果与试验结果进行比较,证实了软件模拟方法的正确性。随后在试验环境温度下,将不同环境风速条件时距板房正面不同距离处的最大热辐射强度值与已有文献中的模拟数据进行对比分析。基于以上的计算机模型,扩大气象条件的范围,分析了不同气象条件对板房火灾发展的影响。随后在利用风洞试验结果验证流体软件PHOENICS模拟精度的基础上,建立计算机模型,模拟分析彩钢夹芯板房室外风场的分布情况。通过研究分析,获得板房墙体外表面对对流换热系数的函数关系式,从而获得不同气象条件下的彩钢夹芯板房对流换热系数值,接着研究板房火灾时热气体的对流换热强度对安全防火间距的影响。研究表明:(1)在常见的天气状况下(环境温度T为-5℃~35℃、环境风速V为0m/s~4m/s),对流换热强度占总强度(对流换热强度和热辐射强度之和)的比例为2%左右,基本可以忽略不计。因此,在进行彩钢夹芯板房组团间防火间距设计时,主要是以热辐射强度临界值=10k W/m~2作为判断标准,基本可以忽略对流换热强度对板房防火间距的影响;(2)极端气象条件下(环境温度T为50℃、环境风速V为10m/s)的对流换热强度不可忽略不计,不能单纯的以热辐射强度作为安全防火间距的判断依据,需考虑以10%的富裕度计算对流换热强度,即以热辐射强度9k W/m~2作为防火间距的判断标准。最终利用MATLAB回归分析出彩钢夹芯板房组团间防火间距的计算公式I_(r,max)=f(X,V,T)。此公式可以推广运用到符合模拟环境的其他地区,以此作为彩钢夹芯板房组团间安全防火间距的设计参考,并为临时安置点板房的规划设计和相关标准的制定提供量化依据。
【关键词】：彩钢夹芯板 FDS 热辐射强度 对流换热强度 防火间距
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU998.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-15
• 1.3 研究目的15
• 1.4 研究内容15-16
• 1.5 技术路线16-18
• 2 FDS软件理论基础及物理建模18-28
• 2.1 火灾研究场模拟的确定18-19
• 2.2 火灾湍流数值模拟理论19-21
• 2.2.1 湍流基本方程19
• 2.2.2 湍流数值模拟方法19-21
• 2.3 FDS软件简介21-22
• 2.4 FDS火灾模拟基本理论22-26
• 2.4.1 基本方程22-23
• 2.4.2 燃烧模型23-25
• 2.4.3 辐射换热模型25
• 2.4.4 碳黑模型25-26
• 2.5 FDS应用流程26
• 2.6 本章小结26-28
• 3 火灾科学及板房火灾危险性分析28-38
• 3.1 火灾科学28-33
• 3.1.1 火灾基本概念28
• 3.1.2 火灾发展过程28-29
• 3.1.3 火灾中的特殊燃烧现象29-31
• 3.1.4 火灾热释放速率（HRR）31-32
• 3.1.5 火灾烟气特性与危害32-33
• 3.2 彩钢夹芯板房火灾33-38
• 3.2.1 彩钢夹芯板房简介33-34
• 3.2.2 夹芯板房火灾危险性分析34-35
• 3.2.3 灾区彩钢板房火灾原因分析35-36
• 3.2.4 板材防火性能要求36-38
• 4 基于已有彩钢夹芯板房火灾试验的模拟研究38-62
• 4.1 已有彩钢夹芯板房火灾试验的简述38-40
• 4.1.1 火灾试验内容38
• 4.1.2 火灾试验数据整理38-40
• 4.2 基于FDS的板房火灾数值模拟40-61
• 4.2.1 PyroSim软件介绍40-41
• 4.2.2 PyroSim建模41
• 4.2.3 火灾场景设置41-42
• 4.2.4 模拟结果分析42-44
• 4.2.5 静风条件下模拟结果与试验值对比分析44-48
• 4.2.6 不同气象条件下的模拟结果48-59
• 4.2.7 极端气象条件下的模拟结果59-61
• 4.3 本章小结61-62
• 5 对流换热强度对板房防火间距的影响分析62-82
• 5.1 火灾中的传热过程62
• 5.2 对流换热系数分析与研究62-70
• 5.2.1 对流换热系数概述64
• 5.2.2 建筑外墙对流换热系数研究64-70
• 5.3 PHOENICS模拟分析70-75
• 5.3.1 PHOENICS简介70
• 5.3.2 单体建筑绕流验证70-72
• 5.3.3 PHOENICS建模72-73
• 5.3.4 PHOENICS数值分析73-75
• 5.4 对流换热强度计算及分析75-80
• 5.5 本章小结80-82
• 6 彩钢夹芯板房组团间防火间距计算公式及防火建议82-88
• 6.1 不同环境温度下的计算公式82-83
• 6.2 不同环境风速下的计算公式83-84
• 6.3 不同气象条件下的计算公式84
• 6.4 板房防火间距计算公式的适用条件及防火建议84-88
• 6.4.1 板房防火间距计算公式的适用条件84-85
• 6.4.2 板房防火建议85-88
• 7 结论和展望88-92
• 7.1 结论88-89
• 7.2 展望89-92
• 致谢92-94
• 参考文献94-98
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录98-100

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本文编号：982807