在建高层建筑火灾轰燃与烟囱效应数值模拟研究

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伴随着我国经济的高速发展,城市化进程的不断加快,高层建筑层数及其高度的增加,致使建造难度越来越大,其中的火灾安全问题对生命财产构成了极大的威胁。与既有高层建筑相比,在建高层建筑在施工过程中,工程建设周期长、联合参与主体多、工作界面复杂,导致存在更多消防安全隐患。综合考虑在建高层建筑火灾燃烧的特性,运用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究火灾特征值及其变化规律,对预防在建高层建筑火灾及指导救援灭火工作具有重要的意义与价值。论文的主要内容包括以下几个方面:首先,根据在建高层建筑的火灾特点,确定火灾轰燃与烟囱效应的理论基础。通过描述火灾轰燃的烟气运动状态、临界条件与判据,引入轰燃非线性动力学分析方法。对烟囱效应进行分类,分析竖井内烟气的压强分布,阐述了竖井中性面Klote模型。其次,在建高层建筑火灾轰燃现象的突变研究。建立在建高层建筑火灾能量守恒方程,经量纲归一化与微分同胚变换后,得到属于燕尾突变的势函数。根据突变系统的控制变量分岔集曲线,计算出在建高层建筑火灾轰燃时上层烟气的临界温度。第三,构建了在建高层建筑竖井温度及中性面计算模型。通过分析在建高层建筑的竖井特征,针对烟气的蔓延特性,推导了上部开口及侧向连续开口的竖井温度模型。根据温度在竖井内连续分布的特点,建立竖井中性面模型,分析研究结果得到了烟囱效应的影响因素。最后,建立在建高层建筑火灾数值模拟模型。利用模拟软件FDS对在建高层建筑不同施工场景进行火灾仿真模拟,分析不同可燃物、不同通风风速以及不同火源点位置对火灾热释放速率、温度、烟气可见度及CO浓度等火灾特征值的变化规律,验证了火灾轰燃与烟囱效应现象。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-20页
    1.1 研究背景及意义第10-13页
        1.1.1 研究背景第10-12页
        1.1.2 研究意义第12-13页
    1.2 国内外研究现状第13-16页
        1.2.1 国外研究现状第13-14页
        1.2.2 国内研究现状第14-16页
    1.3 研究内容及目标第16-18页
        1.3.1 研究内容第16-17页
        1.3.2 研究目标第17-18页
    1.4 论文创新及技术路线第18-20页
        1.4.1 论文的创新点第18页
        1.4.2 技术路线图第18-20页
2 在建高层建筑火灾特征分析及基础理论第20-30页
    2.1 在建高层建筑火灾特点第20-21页
    2.2 火灾轰燃理论基础第21-25页
        2.2.1 火灾事故轰燃现象第21-22页
        2.2.2 轰燃判据第22-23页
        2.2.3 轰燃的非线性动力学分析第23-25页
    2.3 烟囱效应理论基础第25-28页
        2.3.1 烟囱效应原理第25-26页
        2.3.2 竖井火灾烟气驱动力第26-27页
        2.3.3 竖井中性面Klote模型第27-28页
    2.4 本章小结第28-30页
3 在建高层建筑火灾轰燃突变研究第30-44页
    3.1 火灾能量守恒方程第30-32页
        3.1.1 基本假设第30-31页
        3.1.2 守恒方程的建立第31-32页
    3.2 火灾轰燃突变研究第32-40页
        3.2.1 突变理论第32-34页
        3.2.2 火灾燕尾突变模型第34-37页
        3.2.3 火灾轰燃突变分析第37-40页
    3.3 算例分析第40-42页
        3.3.1 理论分析参数设置第40-42页
        3.3.2 轰燃温度预测第42页
    3.4 本章小结第42-44页
4 在建高层建筑烟囱效应研究第44-56页
    4.1 在建高层建筑竖井内火灾烟气运动特征第44-46页
        4.1.1 在建高层建筑竖井特征第44-45页
        4.1.2 火灾燃烧过程第45-46页
    4.2 竖井内竖向温度分布研究第46-49页
        4.2.1 多区域火灾模型第46-47页
        4.2.2 竖向温度分布第47-49页
    4.3 竖井中性面位置研究第49-53页
        4.3.1 中性面连续模型第49-50页
        4.3.2 中性面位置研究第50-51页
        4.3.3 中性面简化连续模型及实例计算第51-53页
    4.4 烟囱效应的影响因素第53-54页
    4.5 本章小结第54-56页
5 在建高层建筑火灾数值仿真模拟第56-76页
    5.1 火灾数值模拟软件参数设置原则第56-60页
        5.1.1 火灾热释放速率第57-59页
        5.1.2 网格划分第59-60页
        5.1.3 场景设置原则第60页
    5.2 建立在建高层建筑火灾模型第60-65页
        5.2.1 模型概况第60-63页
        5.2.2 火灾场景的构建第63-65页
    5.3 模拟结果及数据分析第65-74页
        5.3.1 不同施工阶段的模拟对比分析第65-67页
        5.3.2 不同通风速率的模拟对比分析第67-70页
        5.3.3 不同火源位置的模拟对比分析第70-71页
        5.3.4 火灾烟囱效应数值模拟分析第71-74页
    5.4 本章小结第74-76页
6 结论与展望第76-78页
    6.1 结论第76-77页
    6.2 展望第77-78页
致谢第78-80页
参考文献第80-86页
攻读硕士期间发表的学术论文及成果第86页
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