火災(zāi)數(shù)值模擬在地下通道中的應(yīng)用

袁凡雨

摘 要：采用大渦場(chǎng)模擬軟件FDS version 3進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)地下通道火災(zāi)情況進(jìn)行模擬，在機(jī)械通風(fēng)條件模擬工況下時(shí)建立了仿真模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。通過數(shù)據(jù)分析顯示，利用FDS對(duì)地下通道火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值分析計(jì)算是可行的，可較好掌握煙氣、溫度和能見度隨時(shí)間的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。

關(guān)鍵詞：FDS 火災(zāi) 數(shù)值模擬 地下通道

中圖分類號(hào)：U458.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（b）-0099-02

本文采用大渦場(chǎng)模擬軟件FDS（Fire Dynamics Simulator火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬）對(duì)地下通道火災(zāi)情況進(jìn)行數(shù)值模擬。FDS是一種火災(zāi)驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件，屬于場(chǎng)模型，場(chǎng)是指狀態(tài)參數(shù)如速度、溫度、各組分的濃度等的空間分布。場(chǎng)模擬的理論依據(jù)是自然界普遍成立的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒以及化學(xué)反應(yīng)的定律等?；馂?zāi)過程中狀態(tài)參數(shù)的變化也遵循著這些規(guī)律，因而可以用場(chǎng)模擬方法求解火災(zāi)過程。FDS通過大渦模型對(duì)連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程以及壓力收斂方程進(jìn)行求解，可得到溫度、壓力、氣體成分、可見度等參數(shù)的空間分布。

1 火源場(chǎng)景設(shè)置

1.1 著火位置的選擇

根據(jù)工程特點(diǎn)，選取了地下商城的通道相交處為著火點(diǎn)。

1.2 火源功率設(shè)定

在發(fā)生的火災(zāi)中，火災(zāi)均不會(huì)在火災(zāi)的初期即達(dá)到火災(zāi)的最大熱釋放率或一直穩(wěn)定在某個(gè)火災(zāi)熱釋放率，而是會(huì)經(jīng)過增長(zhǎng)期、穩(wěn)定期和衰減期三個(gè)階段?；馂?zāi)發(fā)展學(xué)界公認(rèn)為是時(shí)間的函數(shù)，通?；馂?zāi)的發(fā)展與時(shí)間成正比，所以我們也稱這類火為T平方火。火災(zāi)熱釋放速率和時(shí)間的關(guān)系在《CIBSE TM19》[（theChartedInstitutionofBuildingServices Engineers）英國(guó)皇家注冊(cè)設(shè)備工程師協(xié)會(huì)于1995年在技術(shù)備忘錄19]中表示為[1]：

其中1000/t2即為通?；馂?zāi)工程中所定義的火災(zāi)增長(zhǎng)系數(shù) 。在美國(guó)消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 204M《排煙標(biāo)準(zhǔn)（Standard of Smoke and Heat Venting）》[2]（2002年）中定義了四種標(biāo)準(zhǔn)t2火災(zāi)，即慢速火、中等火、快速火和超快速火。本文中所設(shè)置火災(zāi)場(chǎng)景起火位置使用功能為商業(yè)，參照BSDD240（英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)組織1997年起草的一個(gè)指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)文件《消防安全工程學(xué)原理在建筑防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用指南》）[3]中關(guān)于各種特定建筑類型中火災(zāi)的火災(zāi)增長(zhǎng)速率的規(guī)定，商場(chǎng)火災(zāi)發(fā)展速率應(yīng)為快速火，即火災(zāi)發(fā)展速率取值0.0469kW/s2。參考國(guó)內(nèi)外規(guī)范及學(xué)者研究成果，地下通道部分火災(zāi)設(shè)為7.5MW[4]。

1.3 模擬工況

地下一層通道部分；7.5MW；快速火；機(jī)械排煙：根據(jù)規(guī)范要求計(jì)算出排煙量和送風(fēng)量，并在每個(gè)防煙分區(qū)（500m2）設(shè)置一個(gè)排煙口，補(bǔ)風(fēng)量取排煙量的60%。

2 數(shù)值模擬結(jié)果

2.1 煙氣蔓延和溫度場(chǎng)分布情況

圖1為地下通道交叉處火災(zāi)煙氣的蔓延情況，可以看出：煙氣從火災(zāi)開始時(shí)就向各通通同時(shí)蔓延，在200s時(shí)，煙氣向前方蔓延50m，煙氣主要集中在頂部。在300s時(shí)，煙氣開始下沉。在600s，煙氣充滿整個(gè)商業(yè)街。溫度分布圖如圖2所示，可以看出，最高溫度為110℃，高溫區(qū)分布范圍較窄。

2.2 能見度分布情況

能見度分布如圖3所示，可以看出，在機(jī)械通風(fēng)下300s前，全通道的能見度大于10m限值。在火災(zāi)發(fā)生600s，能見度雖然低于10m，但是比自然通風(fēng)下能見度要高，說明機(jī)械通風(fēng)下更利于人員疏散。

3 結(jié)語

地下通道部分交叉處發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于該位置空間相對(duì)較小，煙氣容易較快沉降。在有機(jī)械排煙下，煙氣蔓延及沉降現(xiàn)象得到了一定程度的緩解。

參考文獻(xiàn)

[1] 范維澄，周建軍，王清安.火災(zāi)學(xué)簡(jiǎn)明教程[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1995.

[2] NFPA 204-2012，Standard for smoke and heat venting[S].US：National Fire Protection Asscciation，2012.

[3] 李引擎.建筑防火性能化設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 張興凱.地下工程火災(zāi)原理及應(yīng)用[M].北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社，1997.