细水雾幕对地下空间火灾烟气抑制研究

作     者：张凌博 

作者单位：中原工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：靳晓华;朱彩霞;袁英峰

授予年度：2021年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：特长隧道 机械式汽车库 防排烟系统 细水雾幕 上喷型喷头 FDS数值模拟 顶棚距离 

摘      要：国内外新兴建筑涌现,地下空间建筑消防安全有待进一步优化,火灾烟气是威胁人员生命安全的主要因素,方便有效的消防安全系统是保障人身及财产安全的重要一环。将细水雾幕作为一种防火分隔应用于地下空间可有效阻止烟气蔓延,与建筑原有的防排烟系统相结合,探究多因素共同作用下的防排烟效果具有工程应用价值。为提高建筑防排烟系统的效率,从防排烟设计与设备、消防优化策略及烟气特征入手,采用理论分析、设计优化和数值模拟的方法探究细水雾幕抑制地下空间火灾烟气蔓延情况。参照细水雾幕阻烟理论,借鉴细水雾幕喷头图例,深入分析细水雾幕喷头的整体结构,对细水雾幕喷头的内部腔道结构和外部喷嘴朝向进行优化改良,形成全方位360°的水幕屏障,高效率阻止顶棚空间和下部空间烟气蔓延。以特长隧道为模型,采用FDS数值模拟,结合隧道的防排烟系统,分析温度、烟气蔓延、辐射热流气体密度、CO体积分数、烟气光学密度、喷头距顶棚距离等不同参数随时间变化情况,考察上喷型喷头细水雾幕阻烟灭火效果。参照规范及案例,根据隧道结构布局和消防灭火设施,设置不同工况,对比常规细水雾幕和上喷型喷头细水雾幕的阻烟效果。结果表明,在流量为12L/min,液滴粒径为300μm的工况下,上喷型喷头细水雾幕具有更高效的阻烟效率,相比常规喷头细水雾幕,将隧道顶棚处温度降低40%以上,CO体积分数减小33%左右,显著降低顶棚处烟气密度,2m高度处辐射热流气体密度降低47%左右,与隧道防排烟系统耦合作用下效果更佳,距离地面5m高度处烟气体积分数随喷头距顶棚距离的减小而减小。结果验证了上喷型喷头细水雾幕在隧道中能够作为防火分隔高效率阻止烟气蔓延,为未来细水雾幕阻烟灭火研究提供参考依据。在上喷型喷头细水雾幕阻烟灭火研究基础上,参照某地下机械式汽车库实际尺寸建立FDS模型,从火灾影响因素和不同烟气参数出发,将上喷型喷头细水雾幕应用于地下机械式汽车库代替防火卷帘和挡烟垂壁,结果表明,上喷型喷头细水雾幕同样具有良好的阻烟灭火效果。得出以下结论:在流量为12L/min,液滴粒径为300μm,喷头间距为1m,防排烟系统和水喷淋系统开启的情况下,地下车库防火分隔处设置防火卷帘阻烟效率基本上达到100%,挡烟垂壁可将顶棚处温度降低40%,上喷型喷头细水雾幕可将顶棚处温度降低65%,相同细水雾幕参数下,喷头间距越小,降低车库顶部温度效率越高,增大喷头流量降温效果更好。上喷型喷头细水雾幕可将顶棚处辐射热流气体密度降低16.7%左右,6m高度处降低烟气体积分数约28.6%,顶棚CO体积分数随喷头间距的减小而越小,增大喷头流量,有更好的阻挡顶棚烟气效果。模拟地下车库不同参数下的上喷型喷头细水雾幕阻烟效果,为未来细水雾幕拟合防排烟系统的实际应用提供依据。