狹長空間縱向通風(fēng)條件下細(xì)水霧抑制火災(zāi)的模擬研究.pdf

1、狹長空間建筑日益發(fā)展，在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，但也帶來了巨大的火災(zāi)風(fēng)險。隨著近年來隧道火災(zāi)事故頻發(fā)，同時對抑制火災(zāi)方法要求的也在不斷提高，單純依靠強制通風(fēng)排煙措施已不能滿足防火需求。作為傳統(tǒng)鹵代烷滅火劑的主要替代技術(shù)，細(xì)水霧以其清潔、高效、成本低、對防護(hù)對象破壞小等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，尤其是近幾年在交通隧道、地下鐵路和電纜隧道等狹長空間的應(yīng)用中也逐步被認(rèn)可和推廣。為了拓寬細(xì)水霧的應(yīng)用領(lǐng)域，提高細(xì)水霧在狹長空間中的抑制火災(zāi)有效性，在本文

2、中，選取了縱向通風(fēng)這一狹長空間的典型特征，結(jié)合數(shù)值模擬和實驗?zāi)M，深入研究細(xì)水霧抑制火災(zāi)過程的機理特性和影響規(guī)律。 本文首先對縱向通風(fēng)條件下火災(zāi)燃燒及煙氣運動特性的影響進(jìn)行分析和總結(jié)。通過對前人實驗數(shù)據(jù)的整理歸納，與開放空間的實驗結(jié)果比較，對縱向通風(fēng)條件下熱釋放速率變化情況進(jìn)行了探討。在狹長空間模型內(nèi)進(jìn)行木垛燃燒實驗，研究了木垛孔隙對燃燒過程階段性的影響規(guī)律，分析了各階段溫度和CO氣體濃度的變化情況，以論證燃料堆積密度是狹長空間

3、通風(fēng)情況下火災(zāi)燃燒過程的重要影響參數(shù)。 作為細(xì)水霧滅火性能研究的基礎(chǔ)，本文結(jié)合三維LDV/APV系統(tǒng)和低速風(fēng)洞測量技術(shù)，研究了縱向通風(fēng)條件下不同風(fēng)速對霧場特性參數(shù)在空間內(nèi)分布特性的影響。通過實驗結(jié)果得到了實驗空間內(nèi)霧滴速度、霧滴粒徑以及霧通量隨著風(fēng)速和運動距離的變化規(guī)律。 在分別研究了縱向通風(fēng)對火災(zāi)行為和霧滴運動影響的基礎(chǔ)上，開展了細(xì)水霧抑制火災(zāi)的模擬研究。為了使縮小尺度模擬實驗?zāi)軌驅(qū)嶋H應(yīng)用起到有效的指導(dǎo)，將細(xì)水霧抑制

4、火災(zāi)的尺度關(guān)系推廣到了縱向通風(fēng)條件下，并指導(dǎo)模擬實驗設(shè)計參數(shù)的確定。建立模擬實驗裝置，開展多組細(xì)水霧抑制木垛火的實驗，驗證和完善了尺度關(guān)系，并將縱向風(fēng)速和霧化錐角納入經(jīng)驗尺度模型當(dāng)中，對尺度模型中參量指數(shù)進(jìn)行修正。 采用數(shù)值計算和實驗?zāi)M相結(jié)合的方法，研究了細(xì)水霧對順風(fēng)方向木材火的抑制性能。模擬計算的預(yù)評價結(jié)果表明，在強制縱向通風(fēng)條件下細(xì)水霧與火源之間存在一定距離能夠得到較好的抑制效果，但熱釋放速率曲線存在著明顯的震蕩。通過對大

5、量實驗過程的圖像記錄和數(shù)據(jù)曲線的分析，提出了縱向通風(fēng)條件下細(xì)水霧抑制火災(zāi)過程的分階段處理方法，分別對木垛表面火焰熄滅和總體熄滅的時間進(jìn)行分析，系統(tǒng)地研究了縱向風(fēng)速、相對位置、木垛結(jié)構(gòu)以及噴頭特性等影響因素改變后的細(xì)水霧抑制火災(zāi)性能。 最后，通過對大量實驗結(jié)果的整理和分析，針對強制通風(fēng)條件，修正了基于細(xì)水霧熄滅極限理論的溫度—氧氣關(guān)系，完善了細(xì)水霧滅火過程的氧氣濃度變化經(jīng)驗關(guān)系中的時間系數(shù)方程，并分析該經(jīng)驗關(guān)系在通風(fēng)情況下的適用性