火灾通风（精选4篇）
火灾通风 篇1
随着船舶运输的快速发展,船舶数量也在不断的增加,在这一行业中船舶碰撞、火灾、爆炸等事故也时有发生,所以人们在船舶运输中也越来越关注其安全问题。由于船东为了运输更多的货物就会缩小船舶的有效空间,造成货物与人员都比较密集,出现火灾之后就很容易造成大的伤亡损失,通风系统的设置是应对船舶火灾的一项重要对策,在灭火中需要根据实际的需要进行通风开关控制,去确保人员及财物的安全。
1 船舶通风控制的方式分析
1.1 垂直通风与横向通风方式
通风指的是把船舶内受到阻挡的燃烧产物释放出来,并将其排出到船舶外界大气中去的一种行为。在大部分的火灾中死亡事故并不是被烧死,而是由易燃气体或缺氧造成的窒息死亡[1]。火灾中致命的一氧化碳以及其他有害气体在烟雾或热气被发现之前就会渗漏到舱室之中,如果人们处于睡眠状态就很难被发觉。这时进行通风控制就可以将火灾产生的烟雾、气体等排出去,更好地控制火灾,减少伤亡。
在常见的船舶火灾通风中主要有三种类型。第一种就是垂直通风,船舶火灾中会产生很多的烟与灼热气体,需要将其最大程度地排到船舶舱室外面,一旦火势逐渐加剧,其中的可燃气体就会变得更热,如果气体被引燃就会让火灾迅速的扩散。在理想的情况中,使用灭火剂对准火焰进行喷洒,气体会在火的垂直上方一点释放出来,船舶上要达到这种理想的垂直通风是很难的,在船上从失火点到外界之间几乎没有直接向上的通道,在大部分的火灾救援中至少需要实施一次或几次的横向通风才能实现。第二种是横向通风,打开船舶中上风与下风的门,使燃烧产物聚集之后形成对流,从而形成横向通风,新鲜空气从上风的门洞中进入,燃烧生成物从下风的门洞中出去,同时救援中需要先打开门及舷窗,保证船舶通风的效果,有效排除烟和热。
1.2 垂直和横向复合通风与机械通风方式
如果火灾出现在船舶的甲板下,要想将烟与热从船上排出去是比较有难度的,在一些情况下,应该采取垂直和横向复合通风的方式进行火灾救援。有的火灾发生后会在船舶甲板舱口处形成横向气流,从而气流容易出现“文杜里”管作用,把甲板下的烟卤与热向上抽送,此时在合适的位置设置一个便携式可移动的风机,这样对于空气更迅速地流动是非常有利的。船舶中连接其他区域的门需要及时关闭,避免污染空气进入到其他区域,并且在通风结束前这些门需要始终保持封闭状态。另外,机械通风也是船舶火灾的一种通风方式,主要是利用可移式风机的正确摆放,让被烟污染的空气可以沿着走道经过甲板开口从舱室中排出。利用风机去对空气进行抽送,保证从污染区域到外界之间形成一股气流。在一些条件下,船舶的机械通风系统能够与移动风机一起使用,如果没有设置动力风机,则可选择帆布通风筒实施操作,将它安装在船舶航行中能迫使新鲜空气进入的污染区域,这样烟就可以通过通风筒排出去了。
2 通风控制对船舶消防的重要作用
通风控制可以将阻挡在船舶舱室内的燃烧产物释放出来,并把他们排出到舱外的大气中,还可以将外界新鲜的空气输送到着火过的舱室,恢复舱室氧气浓度[2]。通风控制在船舶火灾中需要通风时可以快速进行通风,在需要限制通风时可以及时的断绝通风。其主要作用表现在三个阶段,第一就是船舶火灾发生的初期阶段,进行通风控制可以显著地阻止新鲜空气的进入,从而避免火势的进一步蔓延扩散,阻断通风之后船舱内的氧气浓度就会不断的降低,缺乏足够的氧气支持火灾就会自动熄灭。第二就是火灾扑灭阶段,合理的通风可以将舱室内的烟与有毒气体进行排除,确保救援人员的安全,对火灾的扑灭也是非常有利的。第三个就是火灾扑灭后的阶段,利用通风控制操作可以有效地降低火灾现场的温度,让新鲜空气可以及时地进入舱内,恢复其氧气浓度。因此,针对不同阶段实施通风控制对船舶消防起到非常重要的作用。
3 船舶火灾各阶段的通风控制
3.1 船舶火灾初期的通风控制
在船舶火灾的发生初期阶段或者间接扑灭阶段可以采取完全断绝通风控制技术,火灾初期发现的人通常比较少,现场的人员数量也少,人们到达现场之后对火灾的具体情况也并不明确,不能及时实施正确的灭火措施。所以,这一阶段首先需要做的就是将现场的门、窗等通风口进行关闭,这样做主要就是为了阻止外界空气的进入,断绝助燃物的来源,从而阻止火势继续蔓延。在间接扑灭火灾阶段,应该向舱室内注入如CO2和蒸气等具备窒息作用的灭火剂,还应对舱室实行封闭操作,选择完全断绝通风技术对灭火舱室进行彻底的封闭。对船舶中破损的门窗或舱盖需要使用封舱胶布进行封堵,避免灭火剂出现泄漏的问题。需要注意的是,使用完全断绝通风控制技术要符合迅速、全面的原则,不应错过火灾初期的灭火时机,不然在火势蔓延之后就会大大增加灭火的难度。
3.2 船舶火灾直接扑救阶段的通风控制
在船舶火灾的直接扑救阶段可以使用部分通风控制技术,这样能够取得比较满意的效果,在直接扑救时,现场指挥已对火情有一定了解,在探明火情的情况下,选择合适的灭火手段进行灭火[3]。在这一救援阶段,相关消防人员应该直接进入舱室内将灭火剂放置在火场上,这时火场内的可燃物经过了一段时间的燃烧,再加上前期对火场完全断绝通风的控制效果,火场中会出现温度高、缺氧、含大量有毒气体及浓烟的特点,消防人员应该清楚这些特点加强自身安全的保护。这一阶段采取部分通风的技术,根据火场的具体情况,打开一部分的门窗或通风孔道将烟、热与有毒气体进行排出,这样有利于灭火。但是需要注意的是,通风控制技术虽然可以排出烟、热和有毒气体帮助灭火,但是实际的救援中应科学选择使用,不能打开过多的通风孔道,否则就容易出现风助火势的问题。
3.3 船舶火灾扑灭后的通风控制手段
在船舶火灾的扑灭之后进行排烟、排毒及复氧的阶段可使用完全通风控制技术,火被扑灭后,消防人员需对火灾现场进行清理,其中含有大量的二氧化碳、热气、浓烟及有毒气体[4]。在船舶上配备的空气呼吸器的数量是有限的,因此,进舱对火场进行清理的大部分消防人员都不能佩戴呼吸器,这时不对火场进行通风就容易对消防人员形成人身伤害。并且在火扑灭后现场的温度会比较高又缺少氧气,因此需要及地对现场进行通风,达到降温的效果,同时恢复其中的氧气浓度,使含氧量可以达到人正常生理需求的最低浓度,也就是16%以上。
4 结束语
在船舶火灾救援过程中,对其燃烧区进行直接扑救才能使用通风控制技术,在这一技术的实际应用中,救援人员需要掌握船舶通风系统的布置情况及原理,根据火灾现场的具体情况,在火灾救援初期将通风装置关闭,灭火阶段应根据需要选择性的将通风装置开启,灭火之后需要扩大通风区域,在火灾救援中需要确保通风开关指令都是正确的,这样才可以迅速地对船舶火灾进行控制与扑灭。
摘要：通风控制在船舶火灾现场灭火过程中发挥着重要的作用,船舶火灾中消防人员应该对通风控制的原理作用有一个正确的认识,如果通风控制运用不合理,则对船舶火灾的制止就不能顺利的实现,严重的情况下还会对消防员的人身安全造成危害。因此,在船舶火灾中消防人员需要对通风控制加强重视,全面认识其发挥的作用,学会正确运用通风控制,提升船舶的消防灭火能力。
关键词：船舶,火灾,通风控制
参考文献
[1]陈永芳.船舶火灾如何进行通风控制[J].天津航海,2006,2:40-41.
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[4]谢晓东.船舶灭火过程通风控制研究[J].中国水运(下半月),2008,4:32-33.
火灾通风 篇2
1.1 工程概况
某山岭隧道为一座上、下行分离式的双向四车道高速公路隧道。隧道长约1 600 m, 高6.9 m, 底部宽10.7 m, 位于某高速公路中部。隧道左右幅进口及洞身段为直线, 出口平面线型为曲线, 左幅曲线半径为R=2 500 m (右偏) ;右幅曲线半径为R=2 800 m (右偏) 。隧道处在长期风化剥蚀的中低山地貌区, 地形起伏较大, 交通便利。断面图见图1所示。
隧道采用纵向通风方式, 在隧道进口段约100 m处开始设置风机, 共3组, 每组2台, 间距约100 m, 可根据需要按不同的组合方式开启风机。
1.2 试验方案设计
以该隧道右线隧道作为通风排烟试验的研究隧道, 通过对国内外隧道火灾试验的调查研究和该隧道的特点, 现场试验的火源位置选在隧道右线进口段以及隧道中部的横道口附近。
本次通风排烟试验是参考AS 4391-1999澳大利亚热烟试验标准设计的, 试验采用的设备均符合澳大利亚标准, 并根据隧道的具体情况增加了一些必要的设备。为了和FDS模拟结果比较以及为今后的研究提供必要的试验数据, 在热烟试验外又增加了一次全尺寸汽油燃烧试验。
根据AS 4391-1999, 热烟试验燃料采用纯度为95%工业酒精, 试验用8个A1油盘, 最大的总燃烧面积为4 m2, 总热释放速率约为3 MW, 模拟隧道内一辆小汽车燃烧时的火灾。全尺寸汽油燃烧试验燃料采用93#汽油, 使用5个A1油盘, 汽油的热值约为46 MJ/kg, 因此总火灾规模约为3 MW。
试验设备包括燃烧装置、顶部保护架、地板保护装置、发烟设备、温度采集系统、风速采集系统、烟层高度测量装置及其他设备。为了防止隧道的顶棚及照明设备在试验过程中受到破坏, 试验设计了一个顶棚保护支架, 尺寸为4.8 m×6 m×6 m (长×宽×高) , 支架上方铺设防火板, 可以保护火源上方29 m2的吊顶, 燃烧盘的下方铺设两块厚9.5 mm、大小为2.4 m×1.2 m 的优质石膏板, 并在其上添加了两层厚度为20 mm的防火棉, 用来有效保护路面不受高温破坏。试验采用48只K型热电偶, 组成一支热电偶树。此外配备了5支常用温度计、2支红外温度计测量隧道出入口、横通道等处的温度, 烟层高度的采集通过沿隧道轴向布置的烟气标尺进行目测。图2、图3分别为现场试验测点分布图和温度测点分布图。
2 试验结果分析
2.1 温 度
火灾试验燃烧介质为工业酒精, 火灾功率为3 MW, 辅助设置示踪烟气, 自然风速为1.1 m/s, 取人体头顶高度 (2 m) 和隧道顶部 (6.7 m) 的温度进行分析, 如图4和图5所示。
通过图4和图5可以看出:
(1) 在火源2 m范围内的测点 (高程1 m) 温度相当于火焰温度, 而且在风机开启后300 s依然可以保持较高温度;
(2) 火源下游2 m以外的大多数测点在开启风机后300 s内温度迅速下降, 部分测点降至环境温度;
(3) 顶棚处测点 (高程6.7 m) 在风机开启前温度达到130 ℃左右, 开启风机后迅速降至环境温度10 ℃。山岭隧道内自然风速一般较大, 若隧道内发生火灾, 自然风速对顶棚处的温度有很大影响, 对于初期火灾的探测, 仅仅依靠顶棚处设置的感温电缆报警是不够的;
(4) 火源下游2 、5、10 m处的3个温度测点, 在6.7 m高处测得最高温度出现的时间在点火后110～220 s, 之后温度开始迅速下降。火源猛烈时段持续约110 s;
(5) 在火源下游5 m处的测点, 点火后310 s在2 m高处测得最高温度为175 ℃;火源下游5 m测点, 点火后160 s, 在6.7 m高处测得的峰值温度为138 ℃。表明在火源下游5 m处, 2 m高处比6.7 m高处的温度峰值滞后约150 s, 但2 m高处峰值温度比6.7 m高处的峰值温度高38 ℃。由于火源只有3 MW, 加之有2.5～3.0 m/s的风速作用, 高温烟气被冷空气掺混后, 温度较低, 烟气层下降, 且最高温度不在隧道顶部或上部。
2.2 风 速
如图6为隧道入口、出口及火源处风速的变化情况。
点火后12 min内, 隧道入口风速约1.5～2.6 m/s, 出口风速约2.3～3.8 m/s, 火源处的风速约2.8～3.3 m/s, 火源处的风速和出口处的风速比入口处的风速略大, 与火源的作用有关。隧道入口处当风机稳定运行后, 其风速变化只受外界自然风速的影响;而出口处当风机稳定运行后, 风速也基本稳定。作用于火源的平均风速控制在2.0～2.6 m/s时, 能够有效地控制烟气蔓延, 为人员和车辆安全疏散创造条件。
2.3 烟气沉降
图7为烟气层高度变化。
由图7可以发现, 点火后120 s内, 火源附近烟气高度基本在5.5 m左右, 即烟气的自然分层非常明显。点火240 s后, 火源下游160 m处烟气沉降至2 m, 火源下游270 m处更低, 这是因为烟气颗粒随着温度的降低逐渐下沉。600 s以后的烟气高度数据是在汽油几乎耗尽, 试验接近尾声, 烟气量大大减少的状况下记录的, 火源下游100 m以后烟气层的高度基本在3 m左右。
3 试验结论及通风排烟方案
3.1 试验结论
(1) 试验表明, 火灾初期, 隧道内烟气自然分层明显, 火源附近50m范围内烟气蔓延迅速。从汽油燃烧试验数据可以看出, 纵向通风风机开启后, 烟气层迅速紊乱, 整个隧道纵断面充满烟气。
(2) 该隧道的通风排烟系统能够有效控制3MW火源, 风机开启后温度下降很快, 2.0 m/s以上的风速可以有效控制火灾烟气回流。
(3) 由于通风排烟的作用, 试验隧道内的顶部烟气温度控制在138℃以下, 2 m高处烟气温度控制在175 ℃以下。烟气温度与火源功率和通风速率有关。
3.2 通风排烟方案优化
火灾初期人员疏散阶段的通风应使火灾烟气不至于倒流, 同时防止火灾迅速扩大, 风速宜控制在2.0～2.5 m/s;同时, 另一隧道主风机应向洞内吹风, 使洞内形成正压, 防止起火隧道的高温烟气蔓延。起火点前方车辆可以继续向前驶出隧道, 起火点后方车辆应迅速停车, 人员应尽快从就近的人行横道及车行横道撤离。图8为火灾初期人员疏散阶段通风示意图。
火灾救援阶段, 当隧道内司乘人员完全安全撤离后关闭所有连接横通道, 开启事故隧道所有射流风机向隧道出口吹风, 进入灭火阶段的通风控制。对于火灾救援风速的确定, 主要应考虑以下几个方面:在救援风速下, 烟气不发生回流, 确保火灾点的温度不高, 温度的传播距离不能太远。根据有关资料, 将火灾救援风速确定为2.5 m/s以上, 以便消防队员从上风方向到达火场救灾。此时, 相邻隧道一方面应进行交通管制, 控制交通量和车速;另一方面应开动全部风机, 吹风方向可考虑与事故隧道一致, 以便保持横通道的正压状态。图9为火灾救援阶段通风示意图。
根据现场观测, 隧道内通常都会出现自然风, 而且风速较大, 如果火灾时出现自然风向与行车方向相反的情况, 这对处于行车方向上游区域人员的疏散较为不利。因此, 需要结合当地的气象情况, 合理设计和安排风机的风速和风量。此外, 隧道火灾初期应尽量将通风风速控制在临界风速, 使得烟气自然分层、缓慢蔓延, 以确保火灾下游司乘人员安全疏散。
影响隧道火灾烟气的因素有很多, 如:隧道的结构尺寸和形状、通风方式、自然风、大气压、隧道出入口相对高差等。因此, 对于特殊的山岭隧道, 可以通过火灾实验优化隧道的通风排烟设计, 为人员和车辆安全疏散以及消防队员灭火创造有利条件, 保护隧道安全, 减小火灾损失。
参考文献
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[4]World Road Association (PIARC) .Fire and smoke control in roadtunnels[R].PIARC Committee on Road Tunnels, 1999.
火灾通风 篇3
国内学者陆守香等人运用CFAST软件采用子空间区域划分工程分析方法对船舶机舱复杂空间烟气运动工程进行了研究;邹高万等人采用大涡模拟方法对船舶机舱火灾热流场特性和规律进行了模拟及实验研究;苏石川等人在对船舶机舱火灾发展过程及回燃、轰燃及火旋风等特殊火行为进行了数值模拟,张小良等人运用火灾区域模拟思想对船舶机舱火灾烟气蔓延在通风口开启与关闭两种情况下进行了模拟对比研究。前人的研究成果中基本上未考虑通风管路对火灾场的影响,同时将机舱结构简化为单一的大空间,即为单层船舱几何结构(如图1(a)所示)。典型船舶机舱结构(如图1(b)所示)分为三层,平台A、平台B由钢板构成,层与层之间通过斜梯相连接,且柴油主机、柴油发电机组等大型动力设备与平台之间的布置将机舱整体划分为多个子区域,因此将这种同一空间被划分为多层、多个子空间的结构定义为多层机舱几何结构。Jeffrey C Owrutsky利用长波摄像装置虽对真实船舶舱室(多层机舱几何结构)火灾进行了监控,并未对空间内的热流场特性进行分析。
笔者分别以多层几何结构船舶机舱、无通风管路多层几何结构船舶机舱及单层几何结构船舶机舱为研究对象,运用过滤后的平衡方程组来描述三维火灾场,结合混合燃烧分数模型及辐射换热有限容积模型,采用Smagorinsky亚格子模型的大涡模拟方法对其流速场、氧气浓度分布、火焰传播速度及净热通量进行比较研究。
1 大涡模拟基本控制方程
笔者采用大涡模拟技术,结合混合分数燃烧模型及非散射灰体的辐射输运方程构成模拟数学方程,对大涡模拟及Smagorinsky亚格子模型采用二阶有限差分进行空间离散,运用显示二阶预估校中法对流动变量进行离散,采用显式二阶Runge-Kutta法对时间进行离散。
2 模拟参数设置
2.1 船舶机舱几何结构参数
以某散货船机舱为研究对象,分别对多层几何结构、无通风管路的多层几何结构及单层几何结构进行计算,其几何结构如图2所示。
该船机舱长21.6 m.,宽32 m,高22.8 m,多层几何结构船舶机舱的整个空间被平台B、平台A分成区域1、区域2、区域3三个部分。区域1中部设有1台柴油机,区域2前部设有3台主柴油机发电机组,在B甲板的上部分别安装4台风机,并通过通风管道对舱内进行配风,其中通风管道开口面积为1 m×1 m、0.5 m×0.5 m不等,并分别在A、B平台右侧壁面上开有2个、1个舱门。舱内主要设备参数及边界设置如表1所示。无通风管路多层几何结构中通风仅通过风机口进行通风,单层几何结构中平台和通风管路被忽略,这两类结构中的几何参数及设备布置与多层几何结构船舶机舱类似。
2.2 火 源
机舱发生火灾的主要原因是燃料从燃油系统泄漏出来,并在某层甲板上形成一定面积的油池,以某型号柴油为燃料,选择油池火作为火源点,并假设在底层甲板主机附近设有3.13 m×4 m×0.02 m的立方体油池。
典型油池火的一般发展过程分为燃料燃烧达到最大热释放速率、燃料消耗到不能支持最大热释放速率燃烧及燃料耗尽三个阶段。燃料燃烧达到最大热释放速率阶段按超快速型增长,其最大热释放速率通过文献确定为34 680.4 kW。
2.3 网格划分及边界条件
为减少网格单元数,针对船舶机舱结构,将机舱分为两大部分进行划分,设上甲板以下为网格1,上甲板以上为网格2,采用矩形网格,整个区域划分为108×160×84(网格1)+35×36×30(网格2),单元边长为0.1 m,共计1 489 320个网格单元。
以机舱真实对象作为边界条件,计算初始环境温度设为30 ℃,主机及柴油发电机组的表面温度设为45 ℃,舱门处采用压强自由边界,舱室壁面及舱内设备均具有传热性,其密度为7 570 kg/m3,比热容为470 J/(kg·K),导热系数随温度变化而发生变化。计算过程中,设置160 s为舱室封闭时间,1 000 s为舱室开启时间。
3 计算结果及分析
(1)速度场表示了舱内各个离散点上速度矢量场,它形象的说明了某一时刻各个离散点上质点运动方向,对氧气的输运及烟气运动等起着重要的影响作用。图3为三种结构中t=400 s时舱内y=5.0截面内速度场分布。
从图3中可看出三种结构在同等火源、同等总通风量情况下气流分布具有一定的差异。其中多层几何结构与无通风管路多层几何结构内的流场分布具有极大的相似性,两种结构内气流受热浮力的影响,同时在平台A、B及舱壁的反射及气流之间的相互作用下,在各个区域内上部形成较大涡旋,可加速燃烧区内未燃气微团与已燃气微团的化学反应,增加火焰燃烧的强度。同时平台A、B可诱发顶棚射流,促使气流流入燃烧区域,增加了氧气的输运能力。多层几何结构中间区域内受热浮力的影响,气流整体呈上升趋势,而无通风管路多层几何结构中,燃烧所需的空气较大部分直接由舱室顶部风机口补给,因此在火羽流及燃烧作用下,中心区域气流呈现部分下降趋势。然而单层几何结构中的气流分布情况较前两者相比有较大差异,受热浮力的影响,气流在整个舱室区域内上升,且在密度梯度的作用下,舱内两侧气流流入火焰区,但区域1、区域2、区域3内的气流运动强度较多层几何结构及无通风管理的多层几何结构中明显减弱,这在一定程度上对燃烧强度有一定的影响。
(2)以t=400 s时y=5.0截面为例,三种结构舱内氧气含量模拟结果表明,由于火源处于甲板底层,火焰自底部向顶部发展,使舱内上部和下部氧气浓度形成一定梯度。同时由于热烟气聚集于舱室顶部,随着烟气浓度增加,对氧气具有一定的排挤作用,促使氧气流入低浓度区域,因此造成舱内富氧区和贫氧区层次分布明显。但多层几何结构中由于平台的作用,氧气浓度在各个子区域内均自上而下降低,以氧含量值0.17为参考,则可发现三个区域中氧气体积分数存在同时存在自上而下降低趋势。而无通风管路的多层几何结构和单层几何结构中,虽贫富氧区存在明显的界限,但较多层几何结构其浓度值下降幅度偏低,较短的空间尺度内,氧气体积分数梯度值较小,易促使火势的发展。
(3)净热通量模拟结果显示,两类多层几何结构的热净通量的最高值低于单层几何结构。平台结构构成了壁面结构,因此在净热通量计算过程中,多层结构中壁面的作用起到了很大的作用,相反单层几何结构中壁面温度对结果的影响较小,造成了单层几何结构净热通量大于多层几何结构及无通风管路多层几何结构中的净热通量的最大值。
无通风管路多层几何结构中上甲板的高净热通量区域大于多层几何结构。无通风管路多层结构中由风机直接进行通风,在火羽流的作用下,火焰寻找富氧区,因此部分火焰会蔓延至舱室顶部,造成了顶部温度高于多层几何结构。
火焰前锋温度在未燃区域上的蔓延速率为火焰传播速度,从理论上讲,无论采用什么温度值作为前锋定义温度,得到的火焰传播速率应该是相等的。前锋温度为300 ℃时,三种结构中火焰传播速率模拟结果显示,在高度8 m之前(即平台A以下),三种结构中火焰传播速率曲线值几乎重合,而高度大于8 m(即平台A以上)时,三种结构中火焰传播速率曲线产生较大的差异。由于各个子区域中涡旋及密度梯度等作用,使得A平台以上的中间区域内的上升气流的强度低于单层几何结构,这也就促使了单层几何结构中火焰传播速率高于多层几何结构及无通风管路多层几何结构中的火焰传播速率。但受无通风管路多层几何结构中风机处富氧区的影响,在火羽流的作用下,其火焰传播速率略高于多层几何结构中的火焰传播速率。
4 结 论
针对典型船舶机舱结构特点提出了将同一空间划分为多层、多个子空间的结构,称之为多层几何结构,反之为单层几何结构。运用大涡模拟方法分别对多层几何结构、无通风管路的多层几何结构及单层几何结构中的火灾特性进行了并行计算研究,分析了通风和舱室结构对机舱火灾特性的影响。
(1)两类多层几何结构中的气流分布在各个子区域均产生较强的涡旋,其平台均诱发了顶棚射流的形成。多层几何结构中间区域气流呈现上升趋势,而无通风管路的多层几何结构的中间部分呈现部分下降趋势。单层几何结构中气流整体呈现上升趋势。
(2)三种结构在火灾发展过程中富氧区与贫氧区分布均较明显,但多层几何结构三个子区域中氧气浓度同时自上而下降低,而无通风管路的多层几何结构和单层几何结构中,较短的空间尺度内,氧气浓度梯度值较小。
(3)两类多层几何结构的净热通量的最高值低于单层几何结构,无通风管路多层几何结构中上甲板的高净热通量区域大于多层几何结构中的情况。
(4)舱内高度小于8 m,三种结构中火焰传播速率近似相等,舱内高度大于8 m,受气流分布的影响,三种结构中火焰传播速率有较大的差异。
参考文献
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火灾通风 篇4
高校教研楼集实验、研究和教学为一体,潜在火灾源与高密度人流共处多层多室建筑物内。火灾发生后,科学阻断火场空间、采取有效通风和人群疏散,对安全工作至关重要。对此,应以正确认识起火区域温度场和烟气场扩散规律为基础。相关研究的报导可见,赵轶[1]运用FLUENT对不同火灾强度及通风情况下地铁火灾烟气开展数值模拟,并证实在卷帘门全部开启情况下,以60 m3/ s送风可达到人员安全疏散; 谭斌[2]构造混合湍流模型,模拟火场烟气浓度和温度,证实混合湍流模式在火灾模拟中的实用性; 黄瀚锋[3]运用FDS对中庭教学楼火灾烟气流动进行模拟认为自然排烟口状态和人员疏散方式二者共同影响人员疏散,且在自然排烟口关闭时,中庭起火最危险。张勇[4]运用FDS模拟热释放速率为6 MW的火源点分别在教学楼的一楼、中间层和顶楼时,200、300、400 s后对人员安全够成威胁。科技文献检索显示,关于高校教研楼火灾方面的研究较少,大部分学者关于火场的数值模拟较为广泛采用软件FDS,且未涉及防火分隔阻断火灾蔓延后,起火分区的流场特征。本文将研究对象聚焦于高校教研楼,使用流体软件FLUENT,数值分析防火分隔导致多种通风方式的起火分区温度、烟气场分布规律,研究火场逃生疏散的最优通风方式,为火场逃生疏散提供技术支持。
1 研究背景
本文以北京某高校教研楼8 层为研究对象,该教研楼为“L”形,钢筋混凝土钢架结构,教研楼平面如图1 所示,中部为两部电梯,1、2、3 为防烟楼梯间,4、5 为防烟前室,6 为配电室( 强电) ,7 为防火卷帘,8、9 为排烟口,10 为正压送风口。每楼层尺寸50 m × 43 m × 3. 3 m。
教研楼潜在火灾源复杂,本研究取危险性最高的配电室火灾源,即假设8 层发生配电室火灾,分3 种情况讨论火灾温度、烟气在该层走廊内的分布规律: ①火灾发生时,防火门防火卷帘保持平时的开启状态,即4、5防烟前室的两道防火门和7 防火卷帘均处于开启状态;②火灾发生后,防火门、防火卷帘均关闭,有防排烟系统作用; ③火灾发生时,防火门、防火卷帘均关闭,无防排烟系统作用。
2基于FLUENT的不同通风方式对起火分区温度及烟气的数值模拟
2. 1 相关参数选择及简化
由于火灾起因及发展过程的复杂性,为利于模拟分析,对火灾模型相关参数的选择及简化如下。
2. 1. 1 火源选择及简化
本文选择走廊中部配电室( 强电) 作为起火点,是因为该配电室处于走廊中部,对整个区域有影响,且配电室火灾呈爆炸型,危害较大。将配电室火源简化为高温烟气,代替烟气流动中的能量交换[5]。
2. 1. 2 烟气浓度求解的简化
火灾过程中,烟气对人体的危害不容忽视,但烟气成分复杂,为了简化分析,假设火灾过程只发生完全燃烧,燃烧产物CO2[6,7]。
2. 1. 3 模拟时间选择
本文监测走廊内温度及烟气的时间点设定为教研楼8 层人员疏散所需时间246 s[8,9,10]。
2. 2 模型选择
本文选择教研楼8 层为研究对象,属3D空间; 求解与时间有关,非稳定流动时间点为246 s; 问题对求解精度要求不高,选择一阶隐式求解; 湍流模型取应用广泛的标准控制方程; 辐射模型取适用于大空间气体辐射的Rosseland辐射模型[11]; 选取输运方程,且组分仅有空气和CO2,不考虑流动过程中的化学反应。
2. 3 边界条件设置
1) 速度入口
速度入口有两类,分别是高温空气和冷空气入口,前者为配电室爆炸型火灾导致高温空气冲向走廊,设置800 K,3 m / s[12]; 后者为自然通风作用,设置300 K,0. 2m / s。
2) 壁面边界
由于教研楼为钢筋混凝土结构,则有关壁面参数设置如表1。
3) 压力出口
出口边界设置为压力出口,适用于有回流现象的情况,参数采用默认设置。
4) 防排烟系统
由该教研楼暖通相关施工设计数据知,主要的送排风设备数据如表2。排烟口面积630 m × 800 mm,求得排风速度4. 2 m/s。送风口面积500 m × 850 mm,求得送风速度1. 3 m/s。
2. 4 危险的判定依据
为有利于分析,如图2 将走廊划分A ~ E共5 个区域。其中C、D的分界点为805、807 两房门中点( x = 26.8 m) 。依据如下温度、CO2浓度准则,判定各区域安全情况。
2. 4. 1 温度准则
人体对高温烟气的忍受时间取决于烟气温度,温度越高,人体的可承受时间越短。取人眼特征高度1. 5 m,当此高度横截面上的烟气温度达180 ℃ ( 453 K) 时,即对人体构成威胁[13,14]。
2. 4. 2 CO2浓度准则
火灾烟气中,CO2浓度约为CO和SO2的10 倍,当CO2的浓度占到4. 5% 时即达到危险状态,相应的烟气为5. 5%[15,16]。
3 模拟结果及分析
3. 1 防火分隔设施未关闭
在火灾发生时,防火门、防火卷帘未关闭,且保持平时的开启状态。本文取该地区全年主导风向中的北风作为模拟风向,模拟结果分析如下。
走廊温度分布如图3,最高575 K,最低298 K。A、E两区温度几乎不受影响,维持在298 K左右; B区由于自然通风作用,温度在320 ~ 500 K; C区靠近火源,平均温度高于其他区域,在380 ~ 560 K; D区温度分布较均匀,在340 ~ 400 K。危险区域为B、C两区域,人员疏散最好选1、3 楼梯间。走廊温度分布比例如图5,其中,危险区域( T > 453 K) 占4% 。
走廊CO2浓度分布如图4 所示,最高0. 08,最低1. 91e - 011。A、E区CO2浓度几乎不受影响,维持在0. 000 4以下。B区由于自然通风作用,CO2浓度在0.012 ~ 0. 056; C区靠近火源,CO2平均浓度高于其他区域,为0. 012 ~ 0. 08; D区CO2浓度分布较均匀,在0. 012左右。危险区域为B、C两区域,人员疏散最好选1、3 楼梯间。走廊CO2浓度分布比例如图6,其中,危险区域( CO2浓度> 0. 045) 占2. 4% 。
3. 2 防火分隔设施关闭
在火灾发生时,防火门、防火卷帘均关闭。分情况分析走廊温度及CO2浓度分布: ①无排烟,即走廊处于封闭状态,不开启任何防排烟系统。②开启防排烟系统,即为达到排烟通风的目的,开启10 送风口和8、9 排烟口,模拟结果分析如下。
3. 2. 1 无排烟
走廊温度如图7,最高633 K,最低298 K。除E区温度几乎不受影响外,其他区域均受配电室火灾影响,C区平均温度最高,在420 ~ 633 K; A区温度在320 ~ 460K; D区温度在320 ~ 400 K。危险区域为A、C两区域,人员疏散最好选1、3 楼梯间。走廊温度分布比例如图9,其中,危险区域( T > 453 K) 占26. 1% 。
走廊CO2浓度分布如图8,最高0. 08,最低1. 99e -10。D、E两区CO2浓度在0. 012 以下,A区CO2浓度为0. 012 ~ 0. 052; C区CO2浓度为0. 012 ~ 0. 08。危险区域为A、C两区域,人员疏散最好选1、3 楼梯间。走廊CO2浓度分布比例如图10,其中,安全区域( CO2浓度>0. 045) 占10% 。
3. 2. 2 开启防排烟系统
走廊温度如图11,最高645 K,最低298 K。除E区温度不受影响外,其他区域均受配电室火灾影响,C区平均温度最高,为420 ~ 645 K; A区温度在320 ~ 500 K;D区温度在320 ~ 420 K。危险区域为A、C两区域,人员疏散最好选1、3 楼梯间。走廊温度分布比例如图13,其中,危险区域( T > 453 K) 占24. 4% 。
走廊CO2浓度分布如图12 所示,最高0. 08,最低5. 5e - 7。A区CO2浓度0. 004 ~ 0. 044; C区CO2浓度为0. 004 ~ 0. 08; D区CO2浓度为0. 004 ~ 0. 012; E区CO2浓度在0. 004 以下。危险区域为C区,人员疏散最好选1、3 楼梯间。走廊CO2浓度分布比例如图14,其中,危险区域( CO2浓度> 0. 045) 占9. 3% 。
4 通风情况对起火分区的影响
本文通过FLUENT数值模拟,依据温度、CO2浓度准则,判定A ~ C五个区域是否危险,得出火灾发生246s后,不同通风情况下危险区域对比表3,并通过分析危险区域比例,对比不同通风情况的优劣。
由表可知,防火分隔设施未关闭的起火分区的危险区域比例小于防火分隔设施关闭。且在防火分隔设施关闭情况下,开启防排烟系统的起火分区的危险区域比例小于未开启防排烟系统。即有,从温度分布的危险区域比例考虑,不同通风对起火分区的影响排序: 防火分隔设施未关闭优于关闭; 防火分隔设施关闭情况下,开启防排烟系统优于未开启。同理,从CO2浓度分布的安全区域比例考虑,不同通风对起火分区的影响排序: 防火分隔设施未关闭优于关闭; 防火分隔设施关闭情况下,开启防排烟系统优于未开启。
5 结论
1) 火灾初期,开启防火分隔设施,有利于人员疏散;关闭防火分隔设施,可控制火灾蔓延,但不利于人员疏散。后者情况下,防排烟系统开启优于关闭。
2) 该教研楼若8 楼配电室( 强电) 起火,最优方案为开启防火卷帘及防火门,待该区域人员全部疏散后,才可关闭。其中,人员疏散应选1、3 楼梯间。
3) 从不同防火分隔条件分析入手,通过分析通风方式导致的分区危险程度,优选逃生疏散方案,该途径可行。
4) 本文选取高校教研楼为研究对象,对相似功能和条件的场所具有一定的普适性。
摘要：高校教研楼潜在火灾源与高密度人流共存,火灾逃生疏散是保障灾后人身安全的重要环节。为探索火灾逃生疏散最优逃生条件,应用流体动力学分析软件FLUENT,数值分析防火分隔导致多种通风方式的起火分区温度、烟气场分布规律,研究火场逃生疏散的最优通风方式。结果表明,火灾初期开启防火分隔设施更有利于人员逃生疏散;关闭防火分隔设施条件下,防排烟系统开启略优于关闭;研究背景条件下,开启防火分隔为逃生疏散最优方案;火灾后关闭防火分隔设施可以控制火灾蔓延,降低财产损失,但应在确保人员安全疏散后进行。