综合管廊火灾烟气运动规律及其通风优化研究
发布时间：2021-03-05 22:05
火灾烟气运动规律与防控是灾害研究的经典问题,大量学者的研究成果强化了相关灾害的防控能力,然而,综合管廊这类新兴结构的建设和使用给火灾烟气研究提出了新的挑战。与狭长隧道火灾烟气研究相比较,由于不同的功能定位、建筑构造以及防火理念,综合管廊火灾烟气运动存在特殊规律。本论文以综合管廊火灾烟气为研究对象,提出一种基于光流守恒的火灾二维矢量场测量方法,揭示管廊封闭与通风状态下热浮力与剪切力对烟气层的影响,总结存在挡烟垂壁的烟气纵向温度衰减规律;结合管廊密闭空间火灾特点,揭示管廊火灾特有的烟气场填充规律,建立封闭管廊火灾自熄灭时间预测方法,建立管廊事故中通风优化策略,最小化通风作用下的燃烧增益,探讨管廊火灾事故中排烟与防火分区设计的科学依据。具体工作包括以下四个方面:火灾实验多处于高温高热且受限的恶劣环境,常规测量手段难以实现其速度场测量,本文引入光流守恒理论,提升烟气颗粒运动的捕捉能力,涵盖前处理图像增强、光流计算方法以及后处理图像滤波三个方面,突破了传统PIV粒子测速装置对外加示踪粒子的依赖性,解决烟气运动颗粒的非均匀分布问题;本文比较了多种稠密光流计算方法,探索最优的前处理、光流计算以及后处...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ｂ）美国凤凰城地下线缆火灾??２??
?第一章绪?论???内的气体流动如图１．３）。而在火焰燃烧方面，前人的研宄并没有考虑受限空间??类型对燃烧过程的影响。因此，在没有清楚认识综合管廊火灾的自熄灭机理及其??熄灭时间点，实际工程中贸然地采取事故后抢修，极有可能形成回燃事故、造成??二次危害。并且，封闭火场内部燃烧的热量不能及时传递出去，所形成的高温火??场严重威胁管廊结构安全。因此有必要针对这类超长的、封闭的地下综合管廊火??灾自熄灭规律开展基础性研宄。??鹏?Ｉ??＾?二?￣??Ｌ???烟气质躉??随温度的降低，浮力的下降，可扩敗至远距离的烟气鹿邏逐渐减少???????????■■■■１??扩＿酿??综合管廊烟气扩散填充示３？图??图１．３综合管廊封闭条件下羽流填充过程??１．２．４基于环境风下羽流特性的综合管廊事故中排烟优化研究??综合管廊作为新兴的地下大型建筑体，是解决城市的管道和电缆发展发展的??一种可持续方案，近年来井喷式的发展也为消防工作者带来了全新的挑战。由于??其空间的受限特征，使得外部的消防力量难以第一时间投入。根据国内《综合管??廊设计规范》ＧＢ５０８３８的相关条文，管廊内部并不强制要求设置自动灭火设备，??但在实际的消防设计等工作中，又存在较高的火灾危险隐患，这样矛盾的状况致??使综合管廊的消防设计差异巨大。??根据调研，一些管廊建设工程设计了全覆盖的自动灭火设备，然而这也导致??管廊的建设成本大幅度提高，自动灭火的建设和维护给管廊的大范围推行带来很??大的压力，保障管廊火灾安全的同时也需要考虑合理的消防经济性。相比于吸引??了大量学者研究的交通隧道消防问题，综合管廊的消防仍然处于初步阶段，虽然??
??泛用于隧道火灾通风（如方程（１．４）和方程（１．５））。??Ｖｌ?＝?Ｑ．４｛Ｑ２Ｙｍ［ＱＴ?Ｍ?Ｑ＂?＜?０．２??Ｖ＇ｃｒ?＝?０．４?ｆｏｒ?Ｑ＂?＞?０．２??（Ｌ５）??Ｔｈｏｍａｓ等人提出的计算方法本质上利用了烟气的浮力运动机制，其临界速??度取决于浮力与惯性力之比。基于这样的基本原理，为满足各类不同复杂问题的??需求，所提出的预测函数均呈现出近似的指数形式??管线可燃物???丨丨．．丨＿＿＿丨＂＿＿丨．＿．＿丨＿师????哪酬矚晒圓圓圓漏瞧圓酬??图１．４事故中通风对火焰的影响??Ｔｈｏｍａｓ所提出烟气回流方程是典型的羽流与空气一维碰撞问题，并没有考??虑通风对火焰的影响，许多学者也展开了风环境对热释放速率影响的研宄［１２（），１２１］。??然而，本论文探讨的情况可以规避这影响。对于通风抑制烟气回流的情况，羽流??两侧的受力是不均匀，这会导致羽流发生偏移和形变（如图１．４所示），可以通??过上升的烟羽形状偏移估计风对燃烧的作用情况，根据风作用下的羽流形态判断??空气的卷吸以及火焰的燃烧情况。也就是说，在起火过程中可以将火源假设为不??变的常量，控制通风条件使燃烧增益趋近于零，从而获取最优的通风参量。因此，??风作用下的烟气羽流形态对管廊通风优化至关重要。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市综合管廊电缆火灾数值模拟及影响因素分析[J]. 王明年,田源,于丽,闫自海,金威. 中国安全生产科学技术. 2018(11)
[2]多国综合管廊建设趋势分析[J]. 张竹村,姜海鹏,史奇琦. 城乡建设. 2018(01)
[3]GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》解读[J]. 王恒栋. 中国建筑防水. 2016(14)
[4]城市综合管廊发展趋势研究[J]. 白海龙. 中国市政工程. 2015(06)
[5]城市地下综合管廊经济效益研究[J]. 田强,薛国州,田建波,郑立宁. 地下空间与工程学报. 2015(S2)
[6]国内外城市地下综合管廊的发展历程及现状[J]. 于晨龙,张作慧. 建设科技. 2015(17)
[7]FLUENT软件预测大尺寸喷射火特性的实用性[J]. 陈国华,周志航,黄庭枫. 天然气工业. 2014(08)
[8]大空间火灾缩尺模型FDS模拟[J]. 王君,徐海斌,徐志胜. 消防科学与技术. 2010(05)
[9]综合管廊的消防灭火系统比较与分析[J]. 孙磊,刘澄波. 地下空间与工程学报. 2009(03)
[10]FDS火灾模拟与应用[J]. 薛伟,张光俊. 吉林林业科技. 2006(06)
博士论文
[1]走廊—典型毗邻建筑内热烟气流动机制及智能排烟控制方法研究[D]. 黄玉彪.中国科学技术大学 2019
[2]建筑竖井结构内热烟气流动机制及控制方法研究[D]. 陈艳秋.中国科学技术大学 2016
[3]隧道火灾发展特性及竖井自然排烟方法研究[D]. 范传刚.中国科学技术大学 2015
[4]船舶封闭空间池火行为实验研究[D]. 黎昌海.中国科学技术大学 2010
[5]狭长受限空间火灾烟气分层与卷吸特性研究[D]. 阳东.中国科学技术大学 2010
[6]隧道火灾烟气蔓延的热物理特性研究[D]. 胡隆华.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]综合管廊电缆舱火灾后通风系统的数值模拟与优化设计[D]. 李欣玉.西安建筑科技大学 2018
[2]基于热敏电阻的无线风速测试仪的研究[D]. 李靖.内蒙古农业大学 2017
[3]城市地下综合管廊火灾危险控制技术研究[D]. 孙伟俊.西安建筑科技大学 2017
本文编号：3065943
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?（ｂ）美国凤凰城地下线缆火灾??２??
?第一章绪?论???内的气体流动如图１．３）。而在火焰燃烧方面，前人的研宄并没有考虑受限空间??类型对燃烧过程的影响。因此，在没有清楚认识综合管廊火灾的自熄灭机理及其??熄灭时间点，实际工程中贸然地采取事故后抢修，极有可能形成回燃事故、造成??二次危害。并且，封闭火场内部燃烧的热量不能及时传递出去，所形成的高温火??场严重威胁管廊结构安全。因此有必要针对这类超长的、封闭的地下综合管廊火??灾自熄灭规律开展基础性研宄。??鹏?Ｉ??＾?二?￣??Ｌ???烟气质躉??随温度的降低，浮力的下降，可扩敗至远距离的烟气鹿邏逐渐减少???????????■■■■１??扩＿酿??综合管廊烟气扩散填充示３？图??图１．３综合管廊封闭条件下羽流填充过程??１．２．４基于环境风下羽流特性的综合管廊事故中排烟优化研究??综合管廊作为新兴的地下大型建筑体，是解决城市的管道和电缆发展发展的??一种可持续方案，近年来井喷式的发展也为消防工作者带来了全新的挑战。由于??其空间的受限特征，使得外部的消防力量难以第一时间投入。根据国内《综合管??廊设计规范》ＧＢ５０８３８的相关条文，管廊内部并不强制要求设置自动灭火设备，??但在实际的消防设计等工作中，又存在较高的火灾危险隐患，这样矛盾的状况致??使综合管廊的消防设计差异巨大。??根据调研，一些管廊建设工程设计了全覆盖的自动灭火设备，然而这也导致??管廊的建设成本大幅度提高，自动灭火的建设和维护给管廊的大范围推行带来很??大的压力，保障管廊火灾安全的同时也需要考虑合理的消防经济性。相比于吸引??了大量学者研究的交通隧道消防问题，综合管廊的消防仍然处于初步阶段，虽然??
??泛用于隧道火灾通风（如方程（１．４）和方程（１．５））。??Ｖｌ?＝?Ｑ．４｛Ｑ２Ｙｍ［ＱＴ?Ｍ?Ｑ＂?＜?０．２??Ｖ＇ｃｒ?＝?０．４?ｆｏｒ?Ｑ＂?＞?０．２??（Ｌ５）??Ｔｈｏｍａｓ等人提出的计算方法本质上利用了烟气的浮力运动机制，其临界速??度取决于浮力与惯性力之比。基于这样的基本原理，为满足各类不同复杂问题的??需求，所提出的预测函数均呈现出近似的指数形式??管线可燃物???丨丨．．丨＿＿＿丨＂＿＿丨．＿．＿丨＿师????哪酬矚晒圓圓圓漏瞧圓酬??图１．４事故中通风对火焰的影响??Ｔｈｏｍａｓ所提出烟气回流方程是典型的羽流与空气一维碰撞问题，并没有考??虑通风对火焰的影响，许多学者也展开了风环境对热释放速率影响的研宄［１２（），１２１］。??然而，本论文探讨的情况可以规避这影响。对于通风抑制烟气回流的情况，羽流??两侧的受力是不均匀，这会导致羽流发生偏移和形变（如图１．４所示），可以通??过上升的烟羽形状偏移估计风对燃烧的作用情况，根据风作用下的羽流形态判断??空气的卷吸以及火焰的燃烧情况。也就是说，在起火过程中可以将火源假设为不??变的常量，控制通风条件使燃烧增益趋近于零，从而获取最优的通风参量。因此，??风作用下的烟气羽流形态对管廊通风优化至关重要。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市综合管廊电缆火灾数值模拟及影响因素分析[J]. 王明年,田源,于丽,闫自海,金威. 中国安全生产科学技术. 2018(11)
[2]多国综合管廊建设趋势分析[J]. 张竹村,姜海鹏,史奇琦. 城乡建设. 2018(01)
[3]GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》解读[J]. 王恒栋. 中国建筑防水. 2016(14)
[4]城市综合管廊发展趋势研究[J]. 白海龙. 中国市政工程. 2015(06)
[5]城市地下综合管廊经济效益研究[J]. 田强,薛国州,田建波,郑立宁. 地下空间与工程学报. 2015(S2)
[6]国内外城市地下综合管廊的发展历程及现状[J]. 于晨龙,张作慧. 建设科技. 2015(17)
[7]FLUENT软件预测大尺寸喷射火特性的实用性[J]. 陈国华,周志航,黄庭枫. 天然气工业. 2014(08)
[8]大空间火灾缩尺模型FDS模拟[J]. 王君,徐海斌,徐志胜. 消防科学与技术. 2010(05)
[9]综合管廊的消防灭火系统比较与分析[J]. 孙磊,刘澄波. 地下空间与工程学报. 2009(03)
[10]FDS火灾模拟与应用[J]. 薛伟,张光俊. 吉林林业科技. 2006(06)
博士论文
[1]走廊—典型毗邻建筑内热烟气流动机制及智能排烟控制方法研究[D]. 黄玉彪.中国科学技术大学 2019
[2]建筑竖井结构内热烟气流动机制及控制方法研究[D]. 陈艳秋.中国科学技术大学 2016
[3]隧道火灾发展特性及竖井自然排烟方法研究[D]. 范传刚.中国科学技术大学 2015
[4]船舶封闭空间池火行为实验研究[D]. 黎昌海.中国科学技术大学 2010
[5]狭长受限空间火灾烟气分层与卷吸特性研究[D]. 阳东.中国科学技术大学 2010
[6]隧道火灾烟气蔓延的热物理特性研究[D]. 胡隆华.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]综合管廊电缆舱火灾后通风系统的数值模拟与优化设计[D]. 李欣玉.西安建筑科技大学 2018
[2]基于热敏电阻的无线风速测试仪的研究[D]. 李靖.内蒙古农业大学 2017
[3]城市地下综合管廊火灾危险控制技术研究[D]. 孙伟俊.西安建筑科技大学 2017
本文编号：3065943
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