大空間建筑水噴淋與煙氣層相互作用的數(shù)值模擬摘要：大空間建筑水噴淋與煙氣層之間的相互作用問題是目前消防領(lǐng)域關(guān)注的研究課題。本文采用PHOENICS軟件，通過數(shù)值模擬研究了大空間建筑水噴淋與煙氣層的相互作用。未考慮燃燒過程以及噴淋對燃燒的影響。采用紊流k－ε雙方程模型模擬煙氣的運動，用Lagrangian方法模擬熱煙氣與噴淋水之間相互作用的動能和換熱。用具有不同初始速度和直徑的液滴來模擬噴淋水。探討了噴淋流量、噴射角、水滴直徑對煙氣層的影響。關(guān)鍵字：大空間建筑水噴淋數(shù)值模擬煙氣流動1引言近年來我國的許多重大、特大火災(zāi)均與某種形式的大空間建筑有關(guān)，在國外大空間建筑火災(zāi)也很突出。因此研究大空間建筑的火災(zāi)特性并提供相應(yīng)的防治與控制技術(shù)，已是火災(zāi)防治的一個重要課題。在火災(zāi)死亡人數(shù)中，大多數(shù)都是由于煙及毒氣體被人吸入后窒息而死，有關(guān)大空間建筑煙氣流動與煙氣控制的研究成為建筑消防領(lǐng)域的熱門課題。建筑的煙氣控制系統(tǒng)與其它火災(zāi)防護(hù)系統(tǒng)是一個整體，防護(hù)系統(tǒng)與火災(zāi)的相互作用使得火災(zāi)過程和環(huán)境變得極為復(fù)雜，尤其是水噴淋對煙氣流動的影響引起研究者的關(guān)注。大多大空間建筑安裝有自動噴水滅火系統(tǒng)以控制火勢。目前有關(guān)自動噴水滅火系統(tǒng)對煙氣控制系統(tǒng)的影響，有兩種觀點：其一認(rèn)為水噴淋的作用使煙氣冷卻、浮力減小，煙的上升變得困難，不利于排煙系統(tǒng)排煙；另一種觀點則認(rèn)為，水噴淋裝置減少了產(chǎn)煙量，有利于排煙系統(tǒng)排煙。對于大空間建筑而言，其火災(zāi)特性不同于普通建筑，火災(zāi)煙氣溫度較低，有關(guān)大空間建筑中這種“冷煙”與水噴淋之間的相互作用問題的專題研究，引起了消防界專家和研究者的廣泛關(guān)注。目前，ASHRAE將此項研究工作作為重點研究項目之一[1]。本文采用數(shù)值模擬方法研究大空間建筑水噴淋對煙氣層的影響。2數(shù)學(xué)模型2.1煙氣運動模型不考慮燃燒過程，將著火區(qū)域處理為體積熱源，用K-ε雙方程模型模擬中庭火災(zāi)煙氣流動?？刂品匠贪ㄟB續(xù)性方程、動量方程、能量方程、紊流動能方程和紊流動能耗散率方程[2]。（1）（2）（3）（4）（5），h，ρ，p，k，分別表示煙氣速度、焓、密度，壓強(qiáng)，紊流動能和耗散率。是層流粘性系數(shù)和紊流粘性系數(shù)之和:。其中紊流粘性系數(shù)公式是：。G是紊流動能產(chǎn)生項，為剪切力產(chǎn)生項Gk和浮升力產(chǎn)生項Gb之和。；qr在火源處是熱釋放速率，其余為零。源項是噴淋水傳輸給煙氣的動能。常數(shù)，，，，，，。2.2水噴淋模型獨為了模演擬從噴益頭噴出薦的水，痛需要考榜慮水滴仰的大小必、水滴里的運動昨軌跡，膛以及水搭滴對火嫌的抑制辭作用等撒問題。慎從噴頭偽噴出的苗初始水晚滴大小彎和速度徐是隨機(jī)傘分布。已水滴大凈小可用浮累積體笛積率蹲（柱Cum接ula吼tiv山eV魂olu果me飾Fra陜cti杯o拌n墳）表排示乖,驅(qū)是水滴慎輸運的賣質(zhì)量流畏量函數(shù)惕[3]閱。為了封便蔽于模擬碌計算，淋取水滴沙平均直段徑，水扶滴平均兼直徑與哪噴淋的石流量、柿噴頭壓頑力以及出噴頭孔軍徑有關(guān)愈。鈔有登Web山e固r蝕數(shù)計算熔[4]煌。（7）療是水的雜表面張樹力虜（糠2銜0愿℃注,7.心28日×10鑰－固2究N/儀m兼，擴(kuò)d旱n腥是噴頭胞孔親徑劉(0.撕012諸5m鍵)綢，窮U柿是噴淋致水滴的術(shù)速度。麥方程哄（冷2粒）中的索外力項地是噴淋失水傳輸書給煙氣腐的動能羨，是網(wǎng)皂格體積隸內(nèi)的每認(rèn)個水滴叔產(chǎn)生動窄能總和敞：難是水滴賓阻力系疏數(shù)，權(quán)、謝分別表頃示煙氣殼和水滴洞速度，閥煙氣密腿度，乓網(wǎng)格體綠積。藍(lán)水滴的膚運動軌袖跡方程秒：居沸（際9竟）休是水滴焦質(zhì)量，幕阻力系傍數(shù)是雷渴諾數(shù)函伍數(shù)。權(quán)噴淋水現(xiàn)滴溫度挖和質(zhì)量幟由下述腸方程求克解：迅（劫1餅0挖）趕（液1燒1匪）蘆是水比濁熱；潔是水蒸排發(fā)熱能雖；北As蹦是水滴憑表面積眼，互述；膜T氏g稱是煙氣韻溫度，平T令d虛是水蒸預(yù)發(fā)溫度婚；孫（朱k哭是空氣撿傳熱系管數(shù)）食。環(huán)擺3貢北數(shù)值計坊算艙計算空忍間尺寸醫(yī)為誦22.源4m×坦11.咐9m×落27.謎0府m譯，如懷圖苦1儲所示。響火源位音于空間怕中心，什火源直欺徑印1.0開m郊、熱釋古放速旦率竹968吧k隙W要，不考掉慮排煙器，計算賺煙氣自本然填充介過程中呆水噴淋廳對煙氣辰層發(fā)展挨的影響侍。水噴騾淋布置濟(jì)在空間搞長度方訴向的兩牽側(cè)，湖共求1旱6虜個。作宴者設(shè)計顧了省4稿種計算讀方案，秀如助表嫁1澇。表中語流量表筋示每個磁噴頭的裙流量。百表硬1霞粒數(shù)值計污算方階案案植方案急水噴淋奴水滴直趕徑頸d配m郵(柱m)品噴射角欠Cas少e1武無噴淋楚Cas拘e2咽60怨s槳開始噴蘆淋彈,濱流奮量仆2.6寒×10最-2灘淡（優(yōu)m善3優(yōu)/屠s樸）婦1.2息2×1頃0陽-3聲10延o仰Cas塊e3泥60泉s宅開始噴必淋，流充量天2.6帥×10落-2跪役（撿m貢3翠/個s糟）襯1.2陵2×1螺0券-3探20滾o事Cas土e4耽60靠s商開始噴眾淋，流袖量竭7.3濁5×1潛0容-2襲（顏m摸3險/毅s虹）托0.6戰(zhàn)1×1斯0皂-3弄10球o裁采用交維錯網(wǎng)格裕將上述賄控制方些程離散逆為差分主方粱程均,首計算區(qū)裁域網(wǎng)格謎取蔽32×形18×禍38戶,蹤運用通慎用程嬸序緒PHO飯ENI去CS3綿.竹5叨軟件進(jìn)市行數(shù)值篩計算。三煙氣層驢分界面雖高度和慚上部熱汪煙氣層切溫度的籌計算采越用平均找方法性[5]擋情。熱煙誠氣層高孩度表示產(chǎn)煙氣層唇界面距爆地面高絨度，定曬義為垂很直方向探上兩控餓制容積尖溫差最歡大。熱芳煙氣層丈溫度定軟義為熱麻煙氣層妹中所有層控制容配積溫度慈的平均典值。傘4榆榜結(jié)果分初析盤設(shè)置噴蟻淋裝置償后，煙規(guī)氣層比絮無噴淋寬裝置情叨況煙氣色層發(fā)展胡快，煙氧氣層平味均溫升撫降低。賓增大噴己射角度昆和噴淋潮流量都泉將加快廢煙氣層灑發(fā)展，痰降低煙胸氣層溫除度。增掠大噴淋歡流量比泄增大噴抵射角度剃的效果啊明顯?？糜捎诖笱臻g建玉筑火災(zāi)址煙氣溫曲度低，蒜水噴淋以會使煙狗氣快速脅下降，鹿引起煙速氣在底忽部空間皺的阻塞糞。鐘5束押結(jié)論予本文采搞用近似猛的水噴認(rèn)淋模型斧研究了安煙氣填暖充過程京中水噴幸淋對煙序氣層發(fā)草展和煙謝氣層溫次升的影何響，著叼重分析卷噴淋流棕量和噴鳴射角度承對煙氣越層影響狗。研究耕表明增祝大噴射至角度和未噴淋流賠量都將瞎加快煙僻氣層發(fā)莫展，降搭低煙氣鵝層溫度畢，增大伯噴淋流跑量比增善大噴射壽角度的咳效果明付顯。需星要進(jìn)一輸步探討度噴淋對蹲燃燒的泡影響，忍以及在寨機(jī)械排裂煙條件濤下水噴砍淋對煙變氣層發(fā)抹展的影潔響。甩6孔擦致謝指作者感驚謝重慶哨大學(xué)應(yīng)屬用基礎(chǔ)績研究項蛙目悉(71隔341胖100艱3竟)斑的支持桑。陸參考文發(fā)獻(xiàn)眉[1]垃J吃RM泄awh剖inn購ey.怎Ef康fec煩tO宿fA希uto混mat執(zhí)ic悲Spr罵ink疤ler澇Pr式ote直cti懼on流On讀Smo井ke堆Con取tro距l(xiāng)S沾yst追ems黃.A泳SHR千AE錄Tra款nsa代cti州ons垮.19炸94.基10宜0(1俱).4趕94-考511電.飼[2]蝴川范維澄牛，王清譯安，張汽人杰，懲霍殘然宜.冶組火災(zāi)科孕學(xué)導(dǎo)僅論導(dǎo)雨武漢：節(jié)湖北科昏學(xué)技術(shù)第出版社承，淋199或3驗[3]橡Ke范vin炭B.鳴Mc祝Gra荷tta套n揮，襲How攤ard糾R.膜Ba簽u慢m型，立Ron趙ald短G.杯Re留h演m脊，閑Ant翠hon瞎yH若ami府n嬌s偏，篇Gle事nn控P.煉For椒ney擔(dān).Fi兔re傻dyn喊ami奧cs壘sim欺ula數(shù)tio往nt策ech豈nic陸al格ref糧ere許nce衡gu先ide若.T發(fā)ech脆nic研al肚Rep船ort使NI休ST釣Int邪ern物al奔Rep歸or剝t妥（材NIS削TIR游64胸6旦7致）邪,Na薦tio傭nal券In疊sti口tut責(zé)eo召fS梯tan染dar蜘ds打and化Te丸chn瞎olo續(xù)g告y舌，鄉(xiāng)200毅0較[4]椒W.傲K.篇Ch條ow位Exp哪eri載men曉tal煌st往udi醋es惠on果Spr凡ink志ler尖Wa踩ter斷Sp剃ra進(jìn)y頃－我Smo儉ke席Lay禿er軍Int贏era姑cti務(wù)on.阻[5]乓Cho宵wW刃.K.坐