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    受限空間火災數值模擬與理論計算的結果分析

    發布時間:2022-03-22 11:03:57   來源:作文大全    點擊:   
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    摘要針對火災場景的數值模擬在火災科學當中應用較為廣泛,通過模擬軟件CFAST模擬得到實驗數據,與理論方計算結果比較,驗證區域模擬軟件CFAST的模擬結果與理論結果很好的吻合。

    關鍵詞火災科學;數值模擬;受限空間;CFAST

    中圖分類號TU967文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)071-0156-01

    隨著火災科學的發展,對火災模擬軟件的模擬要求不斷提高,由美國標準與技術研究所(NIST)開發的火災模擬軟件CFAST,得到了廣泛的應用,本文通過對火災場景的模擬,得到火災的基本參數并預測感溫探頭的動作時間,將得到的數據結果與理論數值進行對比,檢測兩者有無差別。

    1建筑物基本情況及火災場景調查

    火災場景為一學生活動室,包括一個臺球室,一個多媒體娛樂室,以及男女衛生間各一個,其中臺球室為8m×4m×3m;娛樂室為4m×6m×3m;衛生間面積都為4m×2m×3m。在臺球室外墻正中有一個直通室外的門,尺寸為1.2m×2m;臺球室還有可以分別通向娛樂室、衛生間的門,尺寸為1.2m×2m,即一共有七個通風口;在兩個衛生間及娛樂室的后墻上各有一個窗戶,尺寸為0.8m×0.8m;在娛樂室里有一臺電視機及多媒體設施,還有沙發、長凳等可燃物,在臺球室有個個臺球桌。房間地板、墻壁、天花板均為石膏板,衛生間的地板與墻壁也為石膏板。

    2火災模擬軟件的理論基礎

    2.1基本參數的計算理論

    CFAST軟件基于火災動力學研究系統在火災條件下系統特性參數隨時間的變化而變化的規律。本文通過采用CFAST軟件模擬在不同通風條件下室內火災的發展過程以及溫度的變化情況,并通過生成的數據進行比較,分析這兩種不同情況下的不同之處,于此同時并將CFAST軟件模擬的轟然結果與科學計算的結果進行比較數據的誤差。

    CFAST軟件中應用的設計火災就是t2火災發展模型,它是一種常用的火災發展模型,用來描述火災過程中熱釋放速率隨時間的變化過程。不考慮火災的初期準備過程,其表達式為:Q=bt2

    式中,Q—火源的熱釋放速率,kw;b—火災的發展系數,b=Q0/t02;t—火災的發展時間,s;t0—火源熱釋放速率Q0=1MW時所需要的時間,s。

    2.2感溫裝置動作時間的理論計算公式

    在頂棚射流的計算中可得到以下關系式:

    式中,T為頂棚射流的最大溫度,℃;U為頂棚射流的最大流速,m/s;H和r分別代表頂棚高度和以羽流中心線撞擊點為中心的徑向距離,m;為火源的總熱釋放速率,kW。

    結合對流換熱理論可導出感溫元件在穩態火災中的響應時間,其計算公式為:

    式中,M為感溫元件的質量,kg;為感溫元件的定壓比熱容,kJ/(kg.k);=-。感溫探測器的時間常數,

    在強迫對流條件下,內部導熱熱阻較小的薄板,h正比于,即正比于。Heskestad等人為描述噴頭的熱響應而引進了響應時間指數RTI的概念,其定義如下:

    RTI=

    當計算感溫元件在火災中的實際溫度大于其額定動作溫度時,所對應時間即為感溫元件在非穩態火災中的動作時間。

    3軟件模擬結果分析

    模擬房間的相關參數。我們可以看出在快速情況下兩房間的上層煙氣層溫度的變化趨勢是在前500s(火災發展初期)的時間內煙氣層的溫度開始緩慢增長;從500s后(火災發展中期)煙氣層的溫度開始增長,等到達大概1000s的時間時上層煙氣層的溫度達到最大值,房間(1)的上層煙氣層的溫度的最大值是250℃左右。

    從火災的發展初期到末期,兩房間的上層煙氣層的溫度的整體發展趨勢都是先慢慢增大,等到達最大值之后,又開始不斷減低,因為從火災發展之后其熱釋放速率大于其散熱速率,房間的溫度上升,其煙氣層的溫度也就上升,在火災的衰減階段,由于燃燒物已經快沒有了,所以房間的熱釋放速率小于散熱速率,所以其溫度又開始下降

    我們可以看出多媒體室的煙氣層的高度整體的發展趨勢都是先從房間的頂部開始(即3米處),然后不斷的開始加大,在前200s之前,煙氣層的厚度增加速率最大;之后煙氣層的高度再一個相對穩定的高度上穩定下來了。

    4用vb編程計算理論結果

    5結論

    采用CFAST模擬運算和VB編程來進行計算的結果,動作時間誤差和射流溫度很小,cfast模擬值與計算數值在誤差允許范圍內滿足要求,產生誤差的原因與CFAST的模擬理論有關,模擬得到的溫度是煙氣層的平均溫度,而并非是某一個點的具體溫度。

    參考文獻

    [1]Walter W Jones ,Glenn P Forney.A Technical Reference for CFAST;An Engineering Tool for Estimating Fire Growth and smoke Transport [M].NIST,Building and Fire Research Laboratory ,Gaithersburg,MD20899 March 2000:17-77.

    [2]張艷.新編Visual Basic程序設計教程.中國礦業大學出版社2007,112-116.

    作者簡介

    趙國祥(1987—),男,山東煙臺人,中國礦業大學安全工程學院消防工程專業2007級本科在讀。

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