火災數值模擬在地下通道中的應用

袁凡雨

摘 要：采用大渦場模擬軟件FDS version 3進行數值模擬，對地下通道火災情況進行模擬，在機械通風條件模擬工況下時建立了仿真模型，并進行數值模擬計算。通過數據分析顯示，利用FDS對地下通道火災進行數值分析計算是可行的，可較好掌握煙氣、溫度和能見度隨時間的發生、發展規律。

關鍵詞：FDS 火災 數值模擬 地下通道

中圖分類號：U458.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（b）-0099-02

本文采用大渦場模擬軟件FDS（Fire Dynamics Simulator火災動力學模擬）對地下通道火災情況進行數值模擬。FDS是一種火災驅動流體流動的流體動力學計算軟件，屬于場模型，場是指狀態參數如速度、溫度、各組分的濃度等的空間分布。場模擬的理論依據是自然界普遍成立的質量守恒、動量守恒、能量守恒以及化學反應的定律等。火災過程中狀態參數的變化也遵循著這些規律，因而可以用場模擬方法求解火災過程。FDS通過大渦模型對連續方程、動量方程、能量方程以及壓力收斂方程進行求解，可得到溫度、壓力、氣體成分、可見度等參數的空間分布。

1 火源場景設置

1.1 著火位置的選擇

根據工程特點，選取了地下商城的通道相交處為著火點。

1.2 火源功率設定

在發生的火災中，火災均不會在火災的初期即達到火災的最大熱釋放率或一直穩定在某個火災熱釋放率，而是會經過增長期、穩定期和衰減期三個階段。火災發展學界公認為是時間的函數，通常火災的發展與時間成正比，所以我們也稱這類火為T平方火。火災熱釋放速率和時間的關系在《CIBSE TM19》[（theChartedInstitutionofBuildingServices Engineers）英國皇家注冊設備工程師協會于1995年在技術備忘錄19]中表示為[1]：

其中1000/t2即為通常火災工程中所定義的火災增長系數 。在美國消防協會標準NFPA 204M《排煙標準（Standard of Smoke and Heat Venting）》[2]（2002年）中定義了四種標準t2火災，即慢速火、中等火、快速火和超快速火。本文中所設置火災場景起火位置使用功能為商業，參照BSDD240（英國標準學會組織1997年起草的一個指導性標準文件《消防安全工程學原理在建筑防火設計中的應用指南》）[3]中關于各種特定建筑類型中火災的火災增長速率的規定，商場火災發展速率應為快速火，即火災發展速率取值0.0469kW/s2。參考國內外規范及學者研究成果，地下通道部分火災設為7.5MW[4]。

1.3 模擬工況

地下一層通道部分；7.5MW；快速火；機械排煙：根據規范要求計算出排煙量和送風量，并在每個防煙分區（500m2）設置一個排煙口，補風量取排煙量的60%。

2 數值模擬結果

2.1 煙氣蔓延和溫度場分布情況

圖1為地下通道交叉處火災煙氣的蔓延情況，可以看出：煙氣從火災開始時就向各通通同時蔓延，在200s時，煙氣向前方蔓延50m，煙氣主要集中在頂部。在300s時，煙氣開始下沉。在600s，煙氣充滿整個商業街。溫度分布圖如圖2所示，可以看出，最高溫度為110℃，高溫區分布范圍較窄。

2.2 能見度分布情況

能見度分布如圖3所示，可以看出，在機械通風下300s前，全通道的能見度大于10m限值。在火災發生600s，能見度雖然低于10m，但是比自然通風下能見度要高，說明機械通風下更利于人員疏散。

3 結語

地下通道部分交叉處發生火災時，由于該位置空間相對較小，煙氣容易較快沉降。在有機械排煙下，煙氣蔓延及沉降現象得到了一定程度的緩解。

參考文獻

[1] 范維澄，周建軍，王清安.火災學簡明教程[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1995.

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

[3] 李引擎.建筑防火性能化設計[M].北京：化學工業出版社，2005.

[4] 張興凱.地下工程火災原理及應用[M].北京：首都經濟貿易大學出版社，1997.