火灾环境下凹型高层建筑羽流火焰的数值模拟研究

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高层建筑是国内外城市广泛使用的建筑形式之一,其中凹型高层建筑是一种典型建筑形态。凹型高层建筑两边具有侧墙,当发生火灾时,由于烟囱效应,火焰蔓延速度极快,给生命和财产都造成极大的危害。因此,研究凹型高层建筑在火灾环境下多窗口羽流火焰的融合高度及变化规律尤为关键。本文采用PyroSim软件对不同侧墙长度、火灾荷载密度、火源窗口的位置及数量等因素影响下的火灾建筑模型进行数值模拟,根据模拟结果绘制窗口温度时间历程曲线和竖向温度分布等温线等,并引入危险温度T(判定羽流火焰融合的温度)、T1(外墙保温材料发生燃烧时的临界温度)及T2(窗口玻璃发生破碎时的临界温度),分析处于危险温度时火焰融合的高度与各影响因素之间的变化规律。经模拟计算得出,横纵向连续多窗口羽流火焰均出现融合现象。当火源窗口位于凹槽内墙时,考虑高层建筑外部火蔓延起到主导作用的危险温度T1和T2时,竖向连续两窗口火焰融合的高度比单窗口提升2.25m~5.9m,竖向连续三窗口火焰融合的高度比竖向连续两窗口提升0.65m~2.80m,竖向连续四窗口火焰融合的高度比竖向连续三窗口提升0.01m~0.13m,竖向连续五窗口火焰融合的高度比竖向连续四窗口提升0.06m~0.20m,竖向连续六窗口火焰融合的高度比竖向连续五窗口提升0.11m~0.39m。当火源窗口位于凹槽侧墙时,单窗口、竖向连续两窗口和横向相对两窗口的羽流火焰融合高度提升0.4m~1.0m,竖向连续三窗口、横纵向四窗口和六窗口危险温度对应的火焰融合高度提升 2.5~7.7m。结果表明:当火源窗口位于凹槽内墙时,在不同火灾荷载密度下,竖向连续四窗口、五窗口、六窗口与竖向连续三窗口火焰融合的高度基本一致,最高为12.96m,故在考虑凹型高层建筑外部火蔓延的防控时,防火阻隔区的高度应设置为13m,可有效阻止外部火向上蔓延。当火源窗口位于凹槽侧墙时,单窗口、竖向连续两窗口和横向相对两窗口的羽流火焰并未受到烟囱相应的影响,导致羽流火焰并未完全融合,这几种窗品数量的危险温度的高度基本不发生特别大的变化。竖向连续三窗口、横纵向四窗口和六窗口的羽流火焰相互融合,使危险温度对应的火焰融合高度提高大幅增加。故同类型高层建筑室内应设置防火门窗,延缓火灾的内部蔓延,控制横纵向多窗口羽流火焰的产生。
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