喷淋对大空间烟气流动特性影响的研究

发布时间：2017-10-31 05:29

  本文关键词：喷淋对大空间烟气流动特性影响的研究

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【摘要】：近年来,城市现代化发展程度越来越高,各类大空间建筑如影剧院、候机楼、会展中心等在各地大量兴建,成为现代化城市的一道亮丽的风景线。然而,这类建筑在给人们提供宽敞、舒适的环境的同时,也存在巨大的火灾隐患。自动喷淋系统是建筑中较为经济和高效的灭火设备,对抑制初期火灾有着良好的作用。作为喷淋系统中最重要的一部分,喷头往往安装在建筑内部顶棚处。在大空间建筑中,由于其内部空间大,高度高,火灾发生后烟气在上升过程中会卷吸大量冷空气,烟气预冷难以持续上升至建筑顶棚处,安装在顶棚处的喷头难以发挥控火灭火作用。因此,在实际大空间建筑中,喷头往往与集烟罩一起悬挂在建筑内部中间某高度处。然而,喷淋启动后羽流在继续上升过程中其特性会发生哪些变化,现阶段还缺乏这方面的研究。另外,“仓室火灾安全设计概念”对大空间中火灾荷载较高的区域进行空间分隔,形成仓室,而仓室中的水喷淋系统对烟气溢流特性有哪些影响,目前研究得很少。 本文采用全尺寸实验和数值模拟的方法,研究了喷淋对大空间建筑内羽流上升特性以及大空间仓室烟气溢流特性的影响。具体研究工作包括以下几点： 在大空间火灾试验厅内开展全尺寸实验,采用口径15mm和20mm的K-ZSTX快速响应喷头,在不同的喷淋压力下,根据实验测出喷头上方羽流中心线不同高度处的温度和速度,经过数据处理得出喷淋启动前后喷头上方羽流温度和速度随高度增加的变化趋势,并与经典羽流模型作比较,得出喷淋对喷头上方羽流上升特性的影响。实验结果表明：喷淋启动前,羽流温度和速度随高度增加的变化趋势与经典羽流模型理论趋势基本一致,但经指数修正可发现,实验得出的高度z的指数和理论指数略有差别；喷淋启动瞬间,各点羽流温度显著降低,速度显著减小,喷淋启动后阶段的温度变化趋势与压力有关,压力较小时,温度会有一小段时间的持续升高,压力较大时温度持续降低,不再升高。 根据实验方案和结果设计了二十余个数值模拟工况作为对实验结果的补充。模拟设置了三个高度处(7m,14m和21m)距中心线不同距离的测点,每个高度处设有25个测点,以研究不同喷淋压力、不同火源功率、不同喷头高度和不同液滴粒径对这三个高度处羽流温度和速度分布的影响。模拟结果表明：7m处的羽流特性受喷淋影响最大,该高度的最高温度和最大速度不一定位于羽流中心线上,与喷淋前的温度、速度分布有较大区别。 为了研究喷淋作用下大空间仓室的烟气溢流特性,本文以大空间火灾试验厅的实体仓室为模型,通过数值模拟展开了研究。研究表明：喷淋启动后仓室中的烟气层失稳,喷淋覆盖区内的烟气受到喷淋液滴拖曳力作用,覆盖区内出现向下运动的拥塞射流,射流到达地面后沿着地面横向运动并从仓室门地面处排出,因此仓室门轴线最底端的气流速度方向改变,烟气质量流率增大,温度升高,烟气溢流特性发生明显变化。不同喷淋压力对溢流的影响主要表现为各参量的变化量不同,而不同液滴粒径的影响主要侧重于各参量的变化时间不同。
【关键词】：喷淋 大空间 羽流上升特性 仓室 烟气溢流特性
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU998.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 本文的研究背景11-13
• 1.1.1 大空间建筑火灾的典型案例11-12
• 1.1.2 大空间建筑的火灾特性12-13
• 1.2 研究现状13-14
• 1.3 本文的研究意义和方法14-15
• 1.3.1 研究意义14
• 1.3.2 研究方法14-15
• 1.4 本文的研究内容和章节安排15-17
• 第二章 实验台布置及实验仪器介绍17-23
• 2.1 实验台布置情况17-19
• 2.2 实验仪器介绍19-23
• 2.2.1 热电偶19
• 2.2.2 四通道风速仪KA1219
• 2.2.3 压力传感器19-20
• 2.2.4 智能工业调节器20
• 2.2.5 喷头20-23
• 第三章 喷淋对羽流上升特性影响的实验研究23-39
• 3.1 引言23-24
• 3.1.1 研究内容23
• 3.1.2 实验装置设置情况23
• 3.1.3 实验测量参数23
• 3.1.4 工况设计23-24
• 3.2 羽流理论分析24-26
• 3.2.1 羽流基础理论24-25
• 3.2.2 经典理论模型25
• 3.2.3 本文所设函数25-26
• 3.3 喷淋作用下羽流温度和速度随时间变化的结果及分析26-33
• 3.3.1 温度随时间的变化趋势27-30
• 3.3.2 速度随时间的变化趋势30-33
• 3.4 喷淋作用下羽流温度和速度随高度增加的变化趋势33-38
• 3.4.1 温度随高度增加的变化趋势33-35
• 3.4.2 速度随高度增加的变化趋势35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 不同因素对喷淋作用下羽流上升特性的影响39-65
• 4.1 引言39-42
• 4.1.1 研究内容39
• 4.1.2 物理模型设置39-40
• 4.1.3 工况设计40-42
• 4.2 模拟结果及分析42-63
• 4.2.1 不同喷淋压力对羽流上升特性的影响(A组工况)42-48
• 4.2.2 喷淋对不同火源功率羽流上升特性的影响(B组工况)48-55
• 4.2.3 喷头高度对羽流上升特性的影响(C组工况)55-59
• 4.2.4 喷淋液滴粒径对羽流上升特性的影响(D组工况)59-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 喷淋对大空间仓室烟气溢流特性的影响65-79
• 5.1 引言65-66
• 5.1.1 研究内容65
• 5.1.2 模拟测量参数65
• 5.1.3 物理模型设置65-66
• 5.1.4 工况设计66
• 5.2 模拟结果及分析66-76
• 5.2.1 喷淋压力对仓室门处烟气溢流特性的影响67-72
• 5.2.2 喷淋液滴粒径对仓室门处烟气溢流特性的影响72-76
• 5.3 本章小结76-79
• 第六章 结论与展望79-83
• 6.1 结论79-81
• 6.2 本文的创新点81
• 6.3 展望81-83
• 参考文献83-87
• 附录 各实验工况喷淋前后温升统计87-95
• 致谢95-97
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1121027