火灾数值模拟在地下通道中的应用

摘 要：采用大涡场模拟软件FDS version 3进行数值模拟，对地下通道火灾情况进行模拟，在机械通风条件模拟工况下时建立了仿真模型，并进行数值模拟计算。通过数据分析显示，利用FDS对地下通道火灾进行数值分析计算是可行的，可较好掌握烟气、温度和能见度随时间的发生、发展规律。

关键词：FDS 火灾 数值模拟 地下通道

中图分类号：U458.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（b）-0099-02

本文采用大涡场模拟软件FDS（Fire Dynamics Simulator火灾动力学模拟）对地下通道火灾情况进行数值模拟。FDS是一种火灾驱动流体流动的流体动力学计算软件，属于场模型，场是指状态参数如速度、温度、各组分的浓度等的空间分布。场模拟的理论依据是自然界普遍成立的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应的定律等。火灾过程中状态参数的变化也遵循着这些规律，因而可以用场模拟方法求解火灾过程。FDS通过大涡模型对连续方程、动量方程、能量方程以及压力收敛方程进行求解，可得到温度、压力、气体成分、可见度等参数的空间分布。

1 火源场景设置

1.1 着火位置的选择

根据工程特点，选取了地下商城的通道相交处为着火點。

1.2 火源功率设定

在发生的火灾中，火灾均不会在火灾的初期即达到火灾的最大热释放率或一直稳定在某个火灾热释放率，而是会经过增长期、稳定期和衰减期三个阶段。火灾发展学界公认为是时间的函数，通常火灾的发展与时间成正比，所以我们也称这类火为T平方火。火灾热释放速率和时间的关系在《CIBSE TM19》[（theChartedInstitutionofBuildingServices Engineers）英国皇家注册设备工程师协会于1995年在技术备忘录19]中表示为[1]：

其中1000/t2即为通常火灾工程中所定义的火灾增长系数 。在美国消防协会标准NFPA 204M《排烟标准（Standard of Smoke and Heat Venting）》[2]（2002年）中定义了四种标准t2火灾，即慢速火、中等火、快速火和超快速火。本文中所设置火灾场景起火位置使用功能为商业，参照BSDD240（英国标准学会组织1997年起草的一个指导性标准文件《消防安全工程学原理在建筑防火设计中的应用指南》）[3]中关于各种特定建筑类型中火灾的火灾增长速率的规定，商场火灾发展速率应为快速火，即火灾发展速率取值0.0469kW/s2。参考国内外规范及学者研究成果，地下通道部分火灾设为7.5MW[4]。

1.3 模拟工况

地下一层通道部分；7.5MW；快速火；机械排烟：根据规范要求计算出排烟量和送风量，并在每个防烟分区（500m2）设置一个排烟口，补风量取排烟量的60%。

2 数值模拟结果

2.1 烟气蔓延和温度场分布情况

图1为地下通道交叉处火灾烟气的蔓延情况，可以看出：烟气从火灾开始时就向各通通同时蔓延，在200s时，烟气向前方蔓延50m，烟气主要集中在顶部。在300s时，烟气开始下沉。在600s，烟气充满整个商业街。温度分布图如图2所示，可以看出，最高温度为110℃，高温区分布范围较窄。

2.2 能见度分布情况

能见度分布如图3所示，可以看出，在机械通风下300s前，全通道的能见度大于10m限值。在火灾发生600s，能见度虽然低于10m，但是比自然通风下能见度要高，说明机械通风下更利于人员疏散。

3 结语

地下通道部分交叉处发生火灾时，由于该位置空间相对较小，烟气容易较快沉降。在有机械排烟下，烟气蔓延及沉降现象得到了一定程度的缓解。

参考文献

[1]范维澄，周建军，王清安.火灾学简明教程[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1995.

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

[3]李引擎.建筑防火性能化设计[M].北京：化学工业出版社，2005.

[4]张兴凯.地下工程火灾原理及应用[M].北京：首都经济贸易大学出版社，1997.

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