基于数值模拟的大空间建筑火灾温度特性研究(3)
本文将从以下几个方面进行研究：
1、着火空间的几何特性，主要为顶棚高度对火灾温度场分布的影响。
2、着火空间中火源的功率对火灾温度场分布的影响。
本文的内容将分为以下五章：
1、绪论介绍大空间建筑火灾温度特性的研究背景和意义，通过举例介绍近几年的大空间建筑火灾案例以及社会影响，介绍大空间建筑火灾的特点，对国内外目前的研究现状进行介绍。
2、总结介绍大空间建筑火灾分析的理论研究，并确定本文的研究重点。
3、根据本文研究重点，确定模拟中固定参数及可变参数的选择。
4、模拟数据分析，初步研究各变量对大空间火灾温度场分布特性的影响。
5、结论和展望，根据模拟分析的结果对大空间建筑的防火设计提出设想。
研究方法采用火灾流体动力学模拟软件FDS，研究火源功率、顶棚高度对大空间火灾温度场分布特性的影响，模拟了变量为火源功率2MW、8MW、15MW，顶棚高度10m、20m、30m的9个模型的火灾模拟，分析研究各不同变量下的温度场沿Z轴方向的温度变化情况以及壁面温度在不同变量下的分布特性。
图1 技术路线
2 大空间火灾分析的理论基础
2.1 火灾动力学基础
2.1.1 火灾阶段理论
建筑火灾一般以温度划分可分为5个阶段：第一阶段是可燃物的着火与燃烧初期：普遍来说可燃物分为气态、液态以及固态三种，虽然其各自的燃点和蔓延机制均不相同，但是只要环境温度，或者可燃物温度达到燃点，且燃烧环境中氧气的供应量充分，可燃物即被点燃。固体可燃物的燃烧分为燃烧及阴燃两个阶段，产生两个阶段的决定性因素是氧气的供给是否充分，燃烧阶段，固体可燃物发生热解，发生气化反应释放出挥发物质，留下碳化的固体残留物。而阴燃阶段由于氧气的供给不充分，使得可燃物的烟气产生率降低，产生主要由一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水蒸气以及烃类、焦油类的物质等。这两种阶段会根据氧气以及环境热的波动相互转换。因其从本质来说，固体可燃物的燃烧实际的燃烧本体是气态可燃物以及多孔碳，热解产生的气态可燃物多寡决定了固体可燃物的燃烧状态。在实际火灾案例中，经常存在燃烧、阴燃转换的复杂状态。
第二阶段是增长期。在此阶段，燃烧空间中的空气流通情况，即氧气的供给情况以及可燃物的数量是决定火灾发展蔓延的最终的因素。由于在建筑火灾中，建筑空间相对火源来说比较大，燃烧初期空间中氧气的供应充足，此时燃烧状况取决于可燃物的热解气化的快慢与火灾荷载的分布情况，燃烧区域存在局部高温，热释放率变化近似满足T2火的变化规律。当火势从最初着火的可燃物加速蔓延至其他可燃物，且空间内烟气达到一定程度时，空间的空气流通情况和可燃物的数量开始影响火灾发展的方向：○1当可燃物数量有限时，燃烧增长期将很快结束，火势随着可燃物的变少而逐渐减弱直至熄灭。○2燃烧空间的氧气足够，且仅足够使得可燃物从阴燃状态转换到燃烧状态的情况，在这种情况下，火势会在短时间内增长，但由于氧气的控制转换成为一种特殊的不稳定燃烧的状态，火焰会闪烁，直到氧气消耗殆尽，火焰自行熄灭。与第一种火焰熄灭的状态不同的是，这样的火灾状态中，烟气中的一氧化碳浓度较高，毒性较大。该种情况可能出现在可燃物充分但空气流通情况不佳的空间中，例如较密闭的小型仓库、空气流通性较差的实验室等；○3可燃物充足，空间空气流动性强，氧气供应充分。在以上两种条件的影响下，火灾的燃烧将满足充分发展的条件，火源的热释放率增长迅速，火势蔓延速度加快，火焰的可视尺度大到最大且极有可能点燃空间内所有的其他可燃物。在此状态下，火源热释放率一旦达到或者超过极限，该空间就会出现轰燃现象。即建筑物火灾的第三阶段。
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