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1 大空间场景的设置
1.1 大空间建筑的几何尺寸
本文模拟的大空间建筑的材料为混凝土（CONCRETE)，其空间尺寸为14m×10 m×13 m，将整个空间划分为70×50×65、即227,500个网格，每个网格大小都为0.2 m×0.2m×0.2m。图1.1给出了大空间建筑的网格分布。
图1.1 大空间建筑网格图
1.2 火源设置
本模拟中火源为1m×1m×0.2m的油盘，位于大空间建筑地面的中心。燃料为FDS材料库（database）中的煤油（KEROSENE），其单位面积热释放速率为2000KW/m2，环境温度设置为默认值20℃。室外风速为0m/s。
1.3 烟气控制方案
本文设置了18种烟气控制方案，具体见表1.1。对于补风方面，采用门、窗进行自然补风。前人的研究表明，不对称补风的排烟效果不理想，烟层不稳定，对数据处理造成困难，因此，本文的模拟都采用对称补风方式。
表1.1 烟气控制方案列表
2.1 在排烟量一定的前提下，排烟口的布置方式对排烟效率的影响
烟控方案T1～T9考查了补风方式和总的排烟量一定的前提下排烟口的位置、数量和尺寸对排烟效率的影响。通过FDS运行结果，在产生的space_tc.csv表格文件中，提取设计的测点数据，通过计算得出排烟效率如表2.1：
表2.1 排烟口的布置方式对排烟效率的影响
由表2.1可知，当排烟量一定时，排烟口的设置方式对排烟效率的影响不大。
2.1.1 可见度的对比
(a) 烟控方案T1(b) 烟控方案T6
图2.1 T1和T6两种烟控方案在120s时的可见度
从图2.1(a)～2.1(b)可知，在排烟量一定的情况下，烟控方案T1下大空间内的可见度与烟控方案T6情况下的差距不大。
2.1.2 烟层界面高度变化的模拟结果
图2.2 排烟口不同设置时烟层界面高度变化
从图2.2可知，三种情况的烟气沉降过程基本保持一致，表明在机械排烟流量一定的情况下，排烟口的设置方式对烟气的沉降没有明显影响，排烟效率的差别不大。
2.2 不同补风方式对排烟效率的影响
烟控方案D1～D6在总排烟量和排烟口的位置一定的前提下，分别考查了门和窗两种补风方式对排烟效率的影响。通过FDS运行结果，在space_tc.csv表格文件中，提取设计的测点数据，综合上述公式进行数据处理，计算得出排烟效率如表2.3：
表2.2 不同补风方式对排烟效率的影响
从表2.2与表2.1可以看出，补风口设置的不同，对排烟效率产生了很大的影响：以门作为补风口的方式要比以窗户作为补风口的排烟效率低。
2.2.1 soot density的对比
从图2.3(a)、(b)可以明显的看出，当在同一时间，不同的补风方式的控烟效果差别很大。这是由于风机强烈抽吸作用的影响，室内流场扰动很大，新进入的空气和烟气发生一定的掺混，并被一同排放出去。当补风口高度不当，空气和烟气的掺混更为明显，烟气层左右晃动，这会影响排烟效果。
(a) 烟控方案D4(b) 烟控方案T4
图2.3 两种补风口在90s时的烟气填充效果
2.2.2烟层界面高度变化的模拟结果
从图2.4可以看到，随着时间（T）的推移，烟控方案D4的烟层界面高度（H）的下降速度要比烟控方案T4的下降速度快得多。自然，排烟效率的差距就大。
图2.4 烟控方案D4和烟控方案T4的烟层界面高度变化
2.3 补风口不同高度对排烟效率的影响
烟控方案W1～W3在总排烟量和排烟口的设置一定的前提下，分别考查了补风口不同的高度对排烟效率的影响。通過FDS运行结果，在space_tc.csv表格文件中，提取设计的测点数据，综合上述公式进行数据处理，计算得出排烟效率如表2.3：
表2.3 补风口不同高度对排烟效率的影响
从表2.3可以看出，随着补风口高度的增加，烟层界面高度会有所增加，排烟效率随之增加，但补风口高度超过一定临界高度以后，反而会对烟气层产生扰动，导致烟气向下弥散，降低排烟效率。
2.3.1 soot density的对比
从图2.5(a)可知，烟控方案W1补风口位置在地面附近，进风口与地面有一定高度，补风对火焰的影响并不明显，但随着时间的推移，烟气层下降速度很快。
从图2.5(b)可知，烟控方案T4的补风口高度位于中下部，烟气不容易降到该位置，不会扰动烟气层，烟气层稳定。
从图2. 5(c)可知，烟控方案W2补风口高度位于中部，烟气不容易很快降到该位置，减缓了补充空气和烟气的混合，而且补充的空气正好在火源的上方，不会起到助燃的作用，烟气层下降速度较慢。
从图2. 5 (d)可知，烟控方案W3补风口位置较高时，烟气层下降到补风口位置后，补充的空气容易直接进入到烟气中与之混合，从而影响了排烟效果，烟气和空气的混和气体不断下降最后直至充满整个空间，没有出现准稳态。
(a) 烟控方案W1(b) 烟控方案T4
(c) 烟控方案W2(d) 烟控方案W3
图2.5 补风口不同高度在210s时的烟气填充效果
2.3.2 烟层界面高度变化的模拟结果
图2.6 四种烟控方案的烟层界面高度变化
从图2.6可以看出，烟控方案W2和烟控方案W3由于补风口的设置高度过高，烟气前沿分别在261s和252s到达地面，而无法判断它们的稳定烟层高度，也无法计算排烟效率；烟控方案W1和烟控方案T4的对比结果比较明显，随着时间（T）的推移， 烟控方案W1的稳定烟层高度（H）下降速度要比烟控方案T4的下降速度快得多，效率也就比烟控方案T4要小。
3 结论
3.1 结论
3.1.1 在排烟量不变的情况下，排烟口的数量和布置方式对排烟效率的影响不大。
排烟口的布置方式对排烟效率的影响并不明显，但在实际设置当中，就存在一个误区，认为排烟机越多，其排烟效率会越高。通过本结论得出，在实际的应用中，应该结合建筑的排烟量，从经济、美观和高效的角度去综合考虑排烟口的设置，选择合适的排烟风机，以达到最佳的资源配置。
3.1.2 补风方式对排烟效率的影响较大。
门作为补风口的排烟效率低于以窗作为补风口的排烟效率。但在实际建筑当中，门和窗大都同时存在，这并不矛盾。大空间建筑在发生火灾时，门的主要作用并不是用来补风，而是作为人员疏散的重要途径。虽然门对排烟效率有一定的影响，但可以通过以窗的补风方式来平衡，以充分体现两者功能的最佳组合。
3.1.3 补风口的高度对排烟效率的影响较大。
补风口高度的选择比较重要。随着补风口高度的增加，烟层界面高度会有所增加，排烟效率随之增加，但补风口高度超过一定临界高度以后，反而会对烟气层产生扰动，导致烟气向下弥散，降低排烟效率，直接影响人员的疏散。在实际当中，补风口的高度都不会太高。但从效率的角度考虑，补风口的高度应当通过比较和计算来确定其最高效的设置。
综上所述，机械排烟过程是一个动态的过程，它并不是简单的烟气和空气之间的置换过程，而是一个烟气与补气逐渐稀释并排出的混合过程。排烟口风速和补风口的设置共同决定了排烟过程中稳态的出现与否，单纯依靠改变某一个条件很难达到好的排烟效果，可能还会影响排烟效率，因此必须通过各种条件的优化组合来达到最好的排烟效率。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
1.1 大空间建筑的几何尺寸
本文模拟的大空间建筑的材料为混凝土（CONCRETE)，其空间尺寸为14m×10 m×13 m，将整个空间划分为70×50×65、即227,500个网格，每个网格大小都为0.2 m×0.2m×0.2m。图1.1给出了大空间建筑的网格分布。
图1.1 大空间建筑网格图
1.2 火源设置
本模拟中火源为1m×1m×0.2m的油盘，位于大空间建筑地面的中心。燃料为FDS材料库（database）中的煤油（KEROSENE），其单位面积热释放速率为2000KW/m2，环境温度设置为默认值20℃。室外风速为0m/s。
1.3 烟气控制方案
本文设置了18种烟气控制方案，具体见表1.1。对于补风方面，采用门、窗进行自然补风。前人的研究表明，不对称补风的排烟效果不理想，烟层不稳定，对数据处理造成困难，因此，本文的模拟都采用对称补风方式。
表1.1 烟气控制方案列表
2.1 在排烟量一定的前提下，排烟口的布置方式对排烟效率的影响
烟控方案T1～T9考查了补风方式和总的排烟量一定的前提下排烟口的位置、数量和尺寸对排烟效率的影响。通过FDS运行结果，在产生的space_tc.csv表格文件中，提取设计的测点数据，通过计算得出排烟效率如表2.1：
表2.1 排烟口的布置方式对排烟效率的影响
由表2.1可知，当排烟量一定时，排烟口的设置方式对排烟效率的影响不大。
2.1.1 可见度的对比
(a) 烟控方案T1(b) 烟控方案T6
图2.1 T1和T6两种烟控方案在120s时的可见度
从图2.1(a)～2.1(b)可知，在排烟量一定的情况下，烟控方案T1下大空间内的可见度与烟控方案T6情况下的差距不大。
2.1.2 烟层界面高度变化的模拟结果
图2.2 排烟口不同设置时烟层界面高度变化
从图2.2可知，三种情况的烟气沉降过程基本保持一致，表明在机械排烟流量一定的情况下，排烟口的设置方式对烟气的沉降没有明显影响，排烟效率的差别不大。
2.2 不同补风方式对排烟效率的影响
烟控方案D1～D6在总排烟量和排烟口的位置一定的前提下，分别考查了门和窗两种补风方式对排烟效率的影响。通过FDS运行结果，在space_tc.csv表格文件中，提取设计的测点数据，综合上述公式进行数据处理，计算得出排烟效率如表2.3：
表2.2 不同补风方式对排烟效率的影响
从表2.2与表2.1可以看出，补风口设置的不同，对排烟效率产生了很大的影响：以门作为补风口的方式要比以窗户作为补风口的排烟效率低。
2.2.1 soot density的对比
从图2.3(a)、(b)可以明显的看出，当在同一时间，不同的补风方式的控烟效果差别很大。这是由于风机强烈抽吸作用的影响，室内流场扰动很大，新进入的空气和烟气发生一定的掺混，并被一同排放出去。当补风口高度不当，空气和烟气的掺混更为明显，烟气层左右晃动，这会影响排烟效果。
(a) 烟控方案D4(b) 烟控方案T4
图2.3 两种补风口在90s时的烟气填充效果
2.2.2烟层界面高度变化的模拟结果
从图2.4可以看到，随着时间（T）的推移，烟控方案D4的烟层界面高度（H）的下降速度要比烟控方案T4的下降速度快得多。自然，排烟效率的差距就大。
图2.4 烟控方案D4和烟控方案T4的烟层界面高度变化
2.3 补风口不同高度对排烟效率的影响
烟控方案W1～W3在总排烟量和排烟口的设置一定的前提下，分别考查了补风口不同的高度对排烟效率的影响。通過FDS运行结果，在space_tc.csv表格文件中，提取设计的测点数据，综合上述公式进行数据处理，计算得出排烟效率如表2.3：
表2.3 补风口不同高度对排烟效率的影响
从表2.3可以看出，随着补风口高度的增加，烟层界面高度会有所增加，排烟效率随之增加，但补风口高度超过一定临界高度以后，反而会对烟气层产生扰动，导致烟气向下弥散，降低排烟效率。
2.3.1 soot density的对比
从图2.5(a)可知，烟控方案W1补风口位置在地面附近，进风口与地面有一定高度，补风对火焰的影响并不明显，但随着时间的推移，烟气层下降速度很快。
从图2.5(b)可知，烟控方案T4的补风口高度位于中下部，烟气不容易降到该位置，不会扰动烟气层，烟气层稳定。
从图2. 5(c)可知，烟控方案W2补风口高度位于中部，烟气不容易很快降到该位置，减缓了补充空气和烟气的混合，而且补充的空气正好在火源的上方，不会起到助燃的作用，烟气层下降速度较慢。
从图2. 5 (d)可知，烟控方案W3补风口位置较高时，烟气层下降到补风口位置后，补充的空气容易直接进入到烟气中与之混合，从而影响了排烟效果，烟气和空气的混和气体不断下降最后直至充满整个空间，没有出现准稳态。
(a) 烟控方案W1(b) 烟控方案T4
(c) 烟控方案W2(d) 烟控方案W3
图2.5 补风口不同高度在210s时的烟气填充效果
2.3.2 烟层界面高度变化的模拟结果
图2.6 四种烟控方案的烟层界面高度变化
从图2.6可以看出，烟控方案W2和烟控方案W3由于补风口的设置高度过高，烟气前沿分别在261s和252s到达地面，而无法判断它们的稳定烟层高度，也无法计算排烟效率；烟控方案W1和烟控方案T4的对比结果比较明显，随着时间（T）的推移， 烟控方案W1的稳定烟层高度（H）下降速度要比烟控方案T4的下降速度快得多，效率也就比烟控方案T4要小。
3 结论
3.1 结论
3.1.1 在排烟量不变的情况下，排烟口的数量和布置方式对排烟效率的影响不大。
排烟口的布置方式对排烟效率的影响并不明显，但在实际设置当中，就存在一个误区，认为排烟机越多，其排烟效率会越高。通过本结论得出，在实际的应用中，应该结合建筑的排烟量，从经济、美观和高效的角度去综合考虑排烟口的设置，选择合适的排烟风机，以达到最佳的资源配置。
3.1.2 补风方式对排烟效率的影响较大。
门作为补风口的排烟效率低于以窗作为补风口的排烟效率。但在实际建筑当中，门和窗大都同时存在，这并不矛盾。大空间建筑在发生火灾时，门的主要作用并不是用来补风，而是作为人员疏散的重要途径。虽然门对排烟效率有一定的影响，但可以通过以窗的补风方式来平衡，以充分体现两者功能的最佳组合。
3.1.3 补风口的高度对排烟效率的影响较大。
补风口高度的选择比较重要。随着补风口高度的增加，烟层界面高度会有所增加，排烟效率随之增加，但补风口高度超过一定临界高度以后，反而会对烟气层产生扰动，导致烟气向下弥散，降低排烟效率，直接影响人员的疏散。在实际当中，补风口的高度都不会太高。但从效率的角度考虑，补风口的高度应当通过比较和计算来确定其最高效的设置。
综上所述，机械排烟过程是一个动态的过程，它并不是简单的烟气和空气之间的置换过程，而是一个烟气与补气逐渐稀释并排出的混合过程。排烟口风速和补风口的设置共同决定了排烟过程中稳态的出现与否，单纯依靠改变某一个条件很难达到好的排烟效果，可能还会影响排烟效率，因此必须通过各种条件的优化组合来达到最好的排烟效率。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。