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高层建筑火灾扑救是目前世界公认的三大难题之一。随着我国国民经济的发展,高层建筑不断增多,我国也进入了高层建筑火灾的高发期。烟气中毒和窒息是高层建筑火灾造成人员伤亡的主要原因。当火灾发生时,走廊和前室是人员疏散的必经之路,因此,在走廊和前室进行防排烟设置,有效控制烟气扩散是确保人员安全疏散的前提条件。 本文总结了现行高层建筑火灾走廊及前室内烟气控制方式及其不足,介绍了火灾烟气流动模型,火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)及其模拟原理,分析了FDS数值模拟方法的优点。对比全尺寸火灾实验和FDS数值模拟,得出误差率为5.3%,证明FDS可以很好的应用在长廊型建筑内的火灾烟气控制研究,同时得到比较全面的温度场和速度场。针对目前高层建筑火灾烟气控制方式存在的问题,提出采用垂向空气射流代替前室加压的防烟方式。 分析对比了不同垂向射流设置参数模式下走廊内的烟气温度和浓度。结果表明,采用垂向射流与机械排烟结合的烟气控制模式比单纯机械排烟效果提高显著;垂向射流位置、垂向射流流量占总送风量的比例以及出口风速对走廊内烟气控制效果有明显影响。垂向射流设置在与前室距离2m较合适;当总送风量全部用于垂向射流量时,走廊内烟气控制效果最好;采用垂向射流取代前室加压后,机械送风可以减少一半的送风量,烟气的控制效果仍好于传统前室加压的防烟效果。 分析了不同火源功率情况下,垂向射流风速对防烟效果的影响。当火源功率为338kW时,垂向射流风速6m/s较合适;火源功率1.5MW时,垂向射流风速应大于10m/s;火源功率6MW时,垂向射流风速达到18m/s时可以起到有效防烟作用,但此时风速过大,不利于人员疏散,因此火源功率6MW时,不适宜采用垂向空气射流取代前室加压的防烟模式。 分析垂向射流、机械排烟和挡烟垂壁组合烟气控制模式。结果表明,总排烟量不变下,设置两个排烟口,其中一个以排除火灾产生的烟气为主,一个以排除垂向射流送入的新鲜空气为主,比只设置一个排烟口的排烟效率提高20%以上,排气口距离垂向射流2m较为合适。排气口和垂向射流之间设置挡烟垂壁可以减小机械排烟对垂向射流的卷吸作用,提高防烟效率,挡烟垂壁设置应靠近排气口。