建筑开口火溢流在不同方向辐射强度变化规律的数值模拟

发布时间：2021-01-06 00:46

　　当前对建筑外部火灾的研究主要集中在火焰高度及开口对于溢流火的影响等,对于开口外部各方向影响的对比研究较少。采用FDS火灾模拟软件对开口建筑火灾进行模拟,讨论了室外竖直、横向、径向3个典型方向上外部辐射强度的变化规律及差别。结果表明,3个方向受火源功率和距离的影响从大到小依次为竖直、横向、径向。其中竖直方向符合半高斯分布,最大辐射值降至一半所需高度由2 MW的0.9 m扩大为8 MW的4.4 m;横向符合高斯分布,火焰波动导致两侧辐射值非完全对称;着火房间上层径向辐射强度和距离成反比例函数分布,且与Q-1500AH^1/2的0.65次方相关。 

【文章来源】：安全与环境学报. 2020,20(05)北大核心

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【部分图文】：

室内实际火源功率随时间变化

试验设置的着火建筑为一普通无阳台住宅建筑模型，见图2。房间尺寸为3 m×4 m×3 m，窗户尺寸为1.2 m×1 m。房间内可燃物为木式家具，着火温度为260℃。着火点设置在靠近窗口处，点火源面积随火源功率的增加而增加。环境风为0，建筑物外的区域边界均设定为开放环境。分别在x、y、z轴3个方向布置了辐射探测点，以窗口中心为0点，x轴(径向)每隔0.5 m设置探测点，共17个;y轴(横向)在建筑宽度范围内每隔2 m设置探测点，每层11个;z轴(竖直)在建筑高度范围内每隔0.5 m设置探测点，共19个。最终各测点辐射值取室内火灾稳定燃烧阶段平均值。强热辐射条件可以造成人恶心呕吐甚至呼吸衰竭等情况，也会引燃可燃物发生二次火灾，以3类常见火灾危害作为参考条件给出临界安全距离参考:人体皮肤在6.4 k W/m2的热辐射条件下暴露8 s后产生疼痛感[16];在工业发达国家12.6 k W/m2被认定为木材点燃的临界辐射值，在该强度下放置20min的木材可被小火星引燃;日用家居着火的临界辐射强度为20 k W/m2。

着火层与其上层建筑之间没有阳台、挑檐等防火措施，烟气流出室外后，火焰将向墙体倾斜，并在垂直方向延展，形成“火舌”，成为外部辐射的来源之一，见图3。窗口中线处于内外流动的混合区域，热辐射通量比稳定流动的窗沿处低，窗户上方0.5m高度处为竖直方向辐射最高点。从图4 (a)中可见，窗户正中0.5 m高度往上，辐射强度降低，衰减幅度也随着距离的增加而逐步减小;随着火源功率增加，同一测点的辐射强度增长速率先减后增。在火源功率为2 MW条件下，火灾主要在房间内蔓延，对于外部环境的辐射影响可以忽略。随着火源功率增大，室内空气更快耗尽，火焰经由窗口向建筑外部蔓延，火焰高度成为辐射强弱的影响因素之一。Thomas等[3]提出的在假定火焰宽度不变的条件下，描述通风口喷射火焰高度的经验关系式为式中Zf为火焰高度，m;R为燃烧速率，kg/s;W为窗口宽度，m;h为窗口高度，m。


本文编号：2959598