高层建筑走廊排烟的数值模拟

《高层建筑走廊排烟的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、研究内容展示研究背景模型建立与结果分析收获总结内容研究背景模型建立与结果分析收获总结内容第一部分研究背景总体概况高层建筑因其结构复杂,人员密度大,可燃物较多,火灾正成为建筑最大的安全隐患。由于火灾烟气的极大危害性,建筑物的防排烟设计成为建筑设计和消防工作人员十分关注的问题。因此，在火灾发生后模拟建筑内部烟气流动的状况就显得十分重要。1.1概述火灾烟气流动研究主要有两种方法:一是火灾烟气流实体试验；二是采用计算机模拟。计算机模拟采用数学模型，借助数值计算方法进行实验，其计算精度高、代价低，有很高的经济性和技术可行性。可用于火灾模拟的软件有FLUENT、FDS与PHOENICS等，本文是用F

2、LUENT来模拟高层建筑走廊排烟。1.2国内外现状国内现状重庆大学刘方利用PHOENICS对中庭火灾的烟气流动进行了计算机模拟。哈尔滨工业大学邱旭东将场模型FDS与区域模型CFAST整合，以场区复合模型模拟起火层烟火运动过程。国外现状W.Z.Black运用网络模拟软件COSMO模拟了高层建筑火灾中烟气在电梯井中的运动特性。N.D.Pope通过场模拟软件FDS模拟了建筑内部火灾发生时温度随时间的变化，并和实验测得的数据进行了对比分析。2.1建筑防排烟方式建筑的防排烟主要有三种方式:自然排烟、机械排烟、机械防烟。本文通过数值模拟的方法,比较了三种排烟方式下的烟气扩散特点,为建筑的防排烟设计提

3、供理论依据。建筑防排烟方式自然排烟机械排烟机械防烟图1建筑防排烟方式2.2物理模型本文中模拟的模型为上海某民用办公楼的第十层，走廊长30m，宽2.5m，高3m。走廊平面图如图2所示。在建模时，对走廊做简化处理，在模型中只画出着火房间，楼梯间以及走廊。图2条形走廊模型平面图2.3数学模型火灾现象可分为两个相互影响的过程：一是可燃物的燃烧过程，二是烟气的流动过程。因此这两个过程对应的数学模型分别是燃烧模型和流动模型。基本控制方程湍流模型辐射模型燃烧模型2.3.1基本控制方程质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程组分质量守恒方程2.3.2湍流模型所谓湍流模型就是把湍流的脉动值附加项和时均值联系起

4、来的一些特定关系式。目前采用的数值计算方法可以大致分为以下三类：直接模拟大涡模拟雷诺时均方程模拟目前工程上处理湍流所采用的基本方法是雷诺(Reynolds)时均方程法。湍流模型的主要优点是简单易用，计算量较小，可广泛应用于模拟工程问题，但该方法的出发点是基于Boussinesq假设。计算湍流流动的关键就在于如何确定粘性系数，在这里也就是指把粘性系数与湍流时均参数联系起来的关系式，包括：零方程模型、一方程模型和两方程模型。本文运用的是两方程模型。k-ε两方程模型2.3.3辐射模型工程上常用的辐射模型有五种，分别是：DO模型：计算绝大部分光学深度的辐射问题；S2S模型：计算在没有参与性介质的

5、封闭空间内的辐射换热；DTRM模型：适合任何光学深度计算；P-1模型：P-N模型中最简单的类型，属于热通量法的一种；Rosseland模型：光学深度≥3时，模型计算量更小而且更加有效。本文中，空气吸收系数取0.1，模型的建筑特征长度为30m，光学深度≥3，辐射模型选择Rosseland模型。2.3.4燃烧模型目前在实际工程中应用较多，具有代表性的模型有4种。假定概率密度函数模型（PrePDF）；涡耗散模型（EBU）；涡耗散概念模型(EDC)；体积热源模型(VHS)。为了简化计算过程，减少计算时间，本文选择体积热源模型作为火源燃烧模型。火灾强度选为1.5MW，释热系数为0.47W/S2。Q

6、=aT2其中Q为火源释热量，a为释热系数，T为燃烧时间。2.4网格划分与边界条件的设定为了简化计算，在进行模拟前，提出以下两点假设：着火房间窗户常开，室外有风吹入，风速风向不变，烟气中主要考虑组分CO2，火灾烟气在流动过程中不再发生化学反应。建筑围护结构壁面温度不变，壁面的热通量为0，即是绝热壁面；假定固定壁面烟流不可渗透。2.4.1网格划分用Gambit作为网格划分工具，模型中采用六面体网格，类型(Type)选项选择规则网格（map)。由于火羽流及其附近区域存在较为强烈的湍流流动，所以对火源附近区域的网格进行了局部加密处理，火源区网格尺寸为其他区域的1/10。2.4.2确定边界条件及初

7、始条件1.进口条件其中，po为总压，ps为静压。速度v的计算如公式所示：其中，v为计算楼层高度处的风速，v0为室外标准风速，取2.6m/s。H为计算楼层的高度，H0为标准高度,即10m，n为指数,一般与地形有关系。出口条件模型中的出口条件选择为压力出口边界。压力出口边界条件需要输入的参数有静压(gauge)、回流条件、总温、湍流参数。湍流动能和动能耗散率分别用公式近似计算：固体壁面条件壁面采用无滑移边界条件，模拟中墙壁对于传热按一维