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一级消防工程师综合能力考点:烟气流动的驱动作用

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烟气流动的驱动作用

为了减少烟气的危害,应当了解建筑烟气流动的各种驱动作用,以便对火势发展做出正确的判断,在建筑设计中做好烟气控制系统的设计。

(一)烟囱效应

当外界温度较低时,在诸如楼梯井、电梯井、垃圾井、机械管道、邮件滑运槽等建筑物中的竖井内,与外界空气相比,由于温度较高而使内部空气的密度比外界小,便产生了使气体向上运动的浮力,导致气体自然向上运动,这一现象就是烟囱效应。当外界温度较高时,则在建筑物中的竖井内存在向下的空气流动,这也是烟囱效应,可称之为逆向烟囱效应。

上式中, 为压差(Pa); 为修正系数,取3460(Pa?K/m); 为外界空气温度(K); 为竖井内空气温度(K); 为距中性面的距离(m)。此处的中性面指内外静压相等的建筑横截面,高于中性面为正,低于中性面为负。

在考虑烟囱效应时,如果建筑与外界之间空气交换的通道沿高度分布较为均匀,则中性面位于建筑物高度的一半附近;否则,中性面的位置将有较大偏离。

烟囱效应是建筑火灾中竖向烟气流动的主要因素,烟气蔓延在一定程度上依赖于烟囱效应,在正向烟囱效应的影响下,空气流动能够促使烟气从火区上升很大高度。如果火灾发生在中性面以下区域,则烟气与建筑内部空气一道窜入竖井并迅速上升,由于烟气温度较高,其浮力大大强化了上升流动,一旦超过中性面,烟气将窜出竖井进入楼道。若相对于这一过程,楼层间的烟气蔓延可以忽略,则除起火楼层外,在中性面以下的所有楼层中相对无烟,直到着火区的发烟量超过烟囱效应流动所能排放的烟量。

如果火灾发生在中性面以上的楼层,则烟气将由建筑内的空气气流携带从建筑外表的开口流出。若楼层之间的烟气蔓延可以忽略,则除着火楼层以外的其它楼层均保持相对无烟,直到火区的烟生成量超过烟囱效应流动所能排放的烟量。若楼层之间的烟气蔓延非常严重,则烟气会从着火楼层向上蔓延。

逆向烟囱效应对冷却后的烟气蔓延的影响与正向烟囱效应相反,但在烟气未完全冷却时,其浮力还会很大,以至于甚至在理想烟囱效应的条件下烟气仍向上运动。

(二)浮力作用

着火区产生的高温烟气由于其密度降低而具有浮力,着火房间与环境之间的压差可用与公式(5-4-11)类似的形式来表示。

Fung进行了一系列的全尺寸室内火灾实验测定压力的变化,试验结果指出对于高度约3.5m的着火房间,其顶部壁面内外的最大压差为16Pa.对于高度较大的着火房间,由于中性面以上的高度h较大,可能产生很大的压差。如果着火房间温度为700℃,则中性面以上10.7m高度上的压差约为88Pa,这对应于强度很高的火,所形成的压力已超出了目前的烟气控制水平。图5-4-3给出了由烟气浮力所引起的压差曲线。

若着火房间顶棚上有开口,则浮力作用产生的压力会使烟气经此开口向上面的楼层蔓延。同时浮力作用产生的压力还会使烟气从墙壁上的任何开口及缝隙、或是门缝中泄露。当烟气离开火区后,由于热损失及与冷空气掺混,其温度会有所降低,因而,浮力的作用及其影响会随着与火区之间距离的增大而逐渐减小。

(三)气体热膨胀作用

燃料燃烧释放的热量会使气体明显膨胀并引起气体运动。若考虑着火房间只有一个墙壁开口与建筑物其它部分相连,则在火灾过程中,建筑内部的空气会从开口下半部流入该着火房间,而热烟气也会经开口的上半部从着火房间流出。因燃料热解、燃烧过程所增加的质量与流入的空气相比很小,可将其忽略,则着火房间流入与流出的体积流量之比可简单地表示为温度之比。

若建筑内部空气温度为20℃,当空气温度达到600℃时,其体积约膨胀到原来的三倍。对有多个门或窗敞开的着火房间,由于流动面积较大,因气体膨胀在开口处引起的压差较小而可以忽略,但对于密闭性较好或开口很小的着火房间,如燃烧能够持续较长时间,则因气体膨胀作用产生的压差将非常重要。

(四)外部风向作用

在许多情况下,外部风可在建筑的周围产生压力分布,这种压力分布可能对建筑物内的烟气运动及其蔓延产生明显影响。一般,风朝着建筑物吹过来会在建筑物的迎风侧产生较高的滞止压力,这可增加建筑物内的烟气向下风方向流动。

式中: 为风作用于建筑物表面的压力(Pa), 为无量纲压力系数, 为环境空气密度(kg/m3), 为风速(m/s)。

责任编辑:慧
发布:2007-08-10 11:11    编辑:泛普软件 · xiaona    [打印此页]    [关闭]
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