一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法技术

本发明专利技术涉及一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法，旨在利用竖井内一侧墙面每层楼交界面高度处安装的喷嘴喷射的最小强制水雾来抑制热气流以及烟气的上升和扩散，阻止由于烟囱效应以及自然风的影响而导致的高层建筑火灾的加剧，同时用水雾裹挟烟颗粒，阻止其对人体的进一步伤害，起到“洗烟”作用；于此同时水雾下降运动，可降低着火部位温度，实现抑烟要求的同时又起到降温效果。实现抑烟要求的同时又起到降温效果。实现抑烟要求的同时又起到降温效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法


[0001]本专利技术涉及高层建筑竖井内水雾喷射抑烟领域，尤其涉及的是一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国经济的高速发展，城市土地资源变得稀缺，高层建筑的兴建速度也飞速增长，然而相应的高层建筑物的火灾事故发生率也持续增加。高层建筑物中的火势的蔓延的重要途径之一为烟气对流现象，发挥主要作用的一般为建筑物的烟囱效应以及自然界的风力效果，因此有效控制火灾中的烟气传播是阻止火势蔓延办法。
[0003]烟囱效应的发生是造成火焰可以在较短的时间内迅速蔓延的重要原因。一旦高层建筑物的低楼层出现火灾险情时，火焰燃烧发出的热空气将会经过楼梯间、电缆管道井、电梯设备井等竖直形式的管道，快速向建筑物的上方蔓延，从而在高层建筑的上部也形成新的起火点，这样不仅会增加消防员抢险救灾工作的难度，还会对建筑物内部被困人员的生命安全带来非常严重的威胁。
[0004]因此为了抑制热气流以及烟气的上升和扩散，阻止由于烟囱效应以及自然风的影响而导致的高层建筑火灾的加剧，有必要对高层建筑竖井内的气流流动与传热的机理进行研究，构建一种水雾喷射抑烟模型，实现抑烟要求的同时又可起到降温的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法，通过获取最小喷射速度，实现抑烟要求的同时又起到降温的效果。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]步骤1：使用Ansys软件设置多种竖井火灾模型工况，所述模型是按高层建筑内竖直形式的管道几何参数和层高1：1等比例设置的y方向高为H，x方向宽为W，z方向长为L 的矩形竖井通道，矩形竖井通道内各楼层高度处设置可喷射水雾的单排喷嘴，喷射方向为Z 方向，喷嘴间距以及个数根据竖井尺寸设置，火源顶部距矩形竖井通道底部的距离为C，距火源顶部上方最近的第一排喷嘴至火源顶部的距离为A，喷嘴y方向的尺寸高度为D，火源底部距矩形竖井通道底部的距离为J，所述的模型工况中还包含火源功率Q以及固定的楼层高度、传热系数、导热系数；
[0008]竖井通道内紊流流动和传热满足以下方程：
[0009]质量守恒方程：
[0010]式中，u、v和w是速度矢量在三维坐标下x、y和z方向的分量；
[0011]动量守恒方程：
[0012]x方向，
[0013]y方向，
[0014]z方向，
[0015]式中，μ为粘性系数，μ
t
为湍动能粘性系数，C
μ
取值0.0845，k为湍动能，ε为耗散率，ρ为气体密度，g为重力加速度；
[0016]能量守恒方程：
[0017]式中α
*
＝k
f
(ρC
P
)
f
,k
f
是烟气的传热系数,(ρC
P
)
f
是烟气的密度及热容量；C
P
：J/(Kg
·
K)，σ
T
为常数0.9
‑
1.0，P
r
是Prandtl数常数0.85；
[0018]纲湍动能k方程:
[0019]式中，α
k
为湍动能k对应的Prandtl数常数1.39，G
k
为平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，k是湍动能；
[0020]耗散率ε方程耗散率ε方程
[0021][0022][0023][0024]式中，α
ε
为耗散率ε对应的Prandtl数常数1.39；模型常数C
1ε
与C
2ε
分别取值1.42和1.68；η0为 4.377；E
ij
为时均应变率，i、j为非同方向的x或y或z方向的张量指标符号，u
i
、u
j
为非同一坐标方向的时均速度；为中的一个张量，为中的一个张量；β是热膨胀系数，取值为T为烟气平均温度；
[0025]按以下边界条件在Ansys软件中设置边界位置处的流动参数和传热参数：
[0026][0027]q
w
为热流密度，λ为导热系数，v
s
为烟气速度，T
C
为竖井内最低温度，T1为外界空气温度；
[0028]步骤2：基于竖井通道高宽比A
r
，改变喷嘴喷出的射流的速度v1，使雷诺数Re表征的单排喷射射流产生的惯性力改变，通过Ansys模拟软件进行数据模拟计算，获得单排喷嘴喷射射流时的速度分布、射流方向和竖直方向的流函数图及喷嘴局部速度矢量图，当喷嘴喷出的射流水雾喷到矩形竖井通道内壁上的位置不高于喷嘴的高度时，喷嘴水平界面处热浮力与射流水雾的惯性力处于平衡状态，提取各工况中喷嘴水平界面处的平均速度，得到所述平衡状态时Re的临界值和对应的格拉晓夫数G
r
(表征火灾热源产生的热浮力对烟气的作用)；
[0029]Ar＝d1/W，
[0030]ρ为气体密度，d1为喷嘴高度，即最接近火源高度顶层的喷嘴上部至底部面的距离；μ为粘性系数；β为热膨胀系数；g为重力加速度；Δt＝T
H
‑
T
C
：T
H
和T
C
分别为竖井内最高温度(火源温度)和竖井内最低温度；H
i
为喷嘴高度，喷嘴上部至底部面的距离(H
i
＝d1)；
[0031]步骤3：以宽高比A
r
与所述平衡状态时对应的浮力参数G
r
/Re的关系进行拟合，得到水雾喷射抑烟降温模型中A
r
与G
r
/Re关系：G
r
/Re＝A1+B1A
r
：A1与B1为拟合常数；
[0032]步骤4：改变火源位置，根据A
r
与G
r
/Re的关系得到最接近火源高度顶层的喷嘴最小的喷射速度。
[0033]上述的一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法，所述步骤4之后还包括，改变火源功率，按步骤1～4获得火源在竖井内任一火源位置时，最接近火源高度顶层的喷嘴最小的喷射速度。
[0034]一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射装置，其特征在于，所述高层建筑竖井中每层楼安装有所述单排水雾喷射喷嘴，喷嘴通过管道、泵与水源连通，相邻楼层的单排水雾喷射喷嘴之间的竖井壁面设置有连通竖井内外的狭缝，所述竖井各楼层之间还安装有火灾传感器，用于检测火源顶部和底部的位置以及火源功率，并传输给高层建筑内的工控机，工控机内存储有按所述方法获得的不同火源功率和火源位置下的A
r
与G
r
/Re的关系，工控机根据当前火源功率和火源位置和对应的A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高层建筑竖井内抑烟降温的水雾喷射速率确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使用Ansys软件设置多种竖井火灾模型工况，所述模型是按高层建筑内竖直形式的管道几何参数和层高1：1等比例设置的y方向高为H，x方向宽为W，z方向长为L的矩形竖井通道，矩形竖井通道内各楼层高度处设置可喷射水雾的单排喷嘴，喷射方向为Z方向，喷嘴间距以及个数根据竖井尺寸设置，火源顶部距矩形竖井通道底部的距离为C，距火源顶部上方最近的第一排喷嘴至火源顶部的距离为A，喷嘴y方向的尺寸高度为D，火源底部距矩形竖井通道底部的距离为J，所述的模型工况中还包含火源功率Q以及固定的楼层高度、传热系数、导热系数；竖井通道内紊流流动和传热满足以下方程：质量守恒方程：式中，u、v和w是速度矢量在三维坐标下x、y和z方向的分量；动量守恒方程：x方向，y方向，z方向，式中，μ为粘性系数，μ
t
为湍动能粘性系数，C
μ
取值0.0845，k为湍动能，ε为耗散率，ρ为气体密度，g为重力加速度；能量守恒方程：式中α
*
＝k
f
(ρC
P
)
f
,k
f
是烟气的传热系数,(ρC
P
)
f
是烟气的密度及热容量；C
P
：J/(Kg
·
K)，σ
T
为常数0.9
‑
1.0，P
r
是Prandtl数常数0.85；纲湍动能k方程:式中，α
k
为湍动能k对应的Prandtl数常数1.39，G
k
为平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，k是湍动能；耗散率ε方程耗散率ε方程耗散率ε方程耗散率ε方程
式中，α
ε
为耗散率ε对应的Prandtl数常数1.39；模型常数C
1ε
与C
2ε
分别取值1.42和1.68；η0为4.377；E
ij
为时均应变率，i、j为非同方向的x或y或z方向的张量指标符号，u
i
、u
j
为非同一坐标方向的时均速度；为中的一个张量，为中的一个张量；β是热膨胀系数，取值为T为烟气平均温度；按以下边界条件在Ansys软件中设置边界位置处的流动参数和传热参数：q
w
为热流密度，λ为导热系数，v
s
为烟气速度，T
C
为竖井内最低温度，T1为外界空气温度；步骤2：基于竖井通道高宽比A<...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅丹，王晨霞，朱禹政，陈旺生，幸福堂，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：