[發(fā)明專利]建筑物火災煙流特性預測系統(tǒng)和預測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710092984.0
• 申請日: 2007-11-15
• 公開（公告）號: CN101187999A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 王厚華;羅慶;白雪蓮;羅嘉陵;謝元一;彭宣偉;何晟;韓武松;胡洋
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06Q10/00
• 分類號: G06Q10/00;G06Q50/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發(fā)明屬于火災安全與消防工程領域，具體涉及一種高層建筑和多層多室建筑火災煙氣發(fā)展和演變規(guī)律的預測。

背景技術

自20世紀70年代起，世界上一些發(fā)達國家就開始對以性能化為基礎的建筑防火設計方法進行了系統(tǒng)研究，隨之出現(xiàn)了描寫煙流運動特征的各種數(shù)學物理模型，主要有場模型、區(qū)域模型、網絡模型以及上述三種模型結合應用的混合模型。對于高層建筑及其多層多室建筑，由于受限空間很多，邊界條件非常復雜，目前世界上研究該類建筑火災煙流運動的模型多采用網絡模型。主要有日本建筑研究所開發(fā)的BRI模型，加拿大建筑研究所開發(fā)的IRC模型，英國建筑研究所開發(fā)的BRE模型，美國標準技術研究所開發(fā)的NIST模型，荷蘭應用物理研究所開發(fā)的TNO模型。從現(xiàn)有資料來看，上述模型均存在下列問題：

即僅將煙氣濃度作為時間的函數(shù)，或者僅將著火室的物性參數(shù)作為時間的函數(shù)，而將火災中建筑物內其它部位的溫度視為不變；傳熱計算方面，僅計算了高溫煙氣向墻體表面的傳熱，而忽略了通過壁體向鄰室的傳熱，因此必然導致鄰室的室溫計算產生偏差；將煙氣的熱物性參數(shù)，如導熱系數(shù)、定壓比熱容、密度等簡化為常數(shù)，這與實際情況有很大的差異，不符合火災發(fā)展和演變的規(guī)律；火災中火源釋熱率多采用穩(wěn)態(tài)火源，穩(wěn)態(tài)火源可使計算簡單，但其缺點是顯而易見的，穩(wěn)態(tài)火源的設定功率往往是根據經驗數(shù)據來確定，性質不明確，不能真實反映火源釋熱率的輸出情況。并且在常見的建筑火災中，固體可燃物占絕大多數(shù)，火災荷載密度很大，其火源釋熱率的輸出是隨火災的發(fā)展過程而變化的，是時間的函數(shù)，如火源釋熱率采用穩(wěn)態(tài)火源，極有可能低估或者高估火災危險性，降低計算結果的準確性。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，建立了完整的建筑物火災煙流特性模型，提出、改進和完成了理論計算方法，設計了完整的建筑物火災煙流特性預測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：數(shù)據中心、控制中心、采集模塊、算法模塊、分析處理模塊，

(1)數(shù)據中心預先存入建筑物構造的相關幾何數(shù)據、建筑物的物性參數(shù)；采集模塊采集建筑物環(huán)境氣象條件；

(2)控制中心選擇熱釋放速率增長形式，建立火災場景模型，在火災發(fā)生過程中根據火源類型、燃燒時間構建建筑物結構的改變模型；

(3)控制中心根據建筑物燃燒時間選擇墻體傳熱子模型；

(4)控制中心根據建筑物內部結構將建筑物轉化為節(jié)點和枝構成的建筑物換氣樹，由此構造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣；

(5)控制中心設定時間步長Δτ，根據建筑物換氣回路接續(xù)矩陣、閉環(huán)矩陣以及相關模型和參數(shù)，構建煙氣特性方程；

(6)算法模塊求解煙氣特性方程，計算各節(jié)點溫度、煙氣濃度、CO2濃度、CO濃度、壁面溫度、通過開口的煙氣質量流量、壓差，生成上述各參數(shù)隨時間的變化曲線；

(7)分析處理模塊根據計算結果分析煙氣到達危險狀況的時間，并提供CO濃度判據、CO2濃度判據、溫度判據、煙氣濃度判據以及煙氣層高度判據。

本發(fā)明還提出一種建筑物火災煙流特性預測方法，包括以下步驟：

(1)系統(tǒng)數(shù)據中心預先存入建筑物的相關幾何數(shù)據、建筑物相關的物性參數(shù)；采集模塊采集建筑物環(huán)境氣象條件；

(2)選擇熱釋放速率增長形式，建立火災場景模型，建筑物在火災發(fā)生過程中結構的改變模型；

(3)根據建筑物燃燒時間選擇墻體傳熱子模型；

(4)將建筑物內部結構轉化為節(jié)點和枝構成的建筑物換氣樹，由此構造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣；

(5)設定時間步長Δτ，根據建筑物換氣回路接續(xù)矩陣、閉環(huán)矩陣以及相關模型和參數(shù)，構建煙氣特性方程；

(6)求解煙氣特性方程計算各節(jié)點溫度、煙氣濃度、CO2濃度、CO濃度、壁面溫度、通過開口的煙氣質量流量、壓差，生成各參數(shù)隨時間的變化曲線；

(7)根據計算結果分析煙氣到達危險狀況的時間，并提供CO濃度判據、CO2濃度判據、溫度判據、煙氣濃度判據以及煙氣層高度判據。

將建筑物的各房間和樓梯間作為節(jié)點，樓梯井按各層樓面分割成不同節(jié)點，走廊型通道按照與房間近似相等的面積化分成節(jié)點，建筑物通道的開口作為枝，將建筑物轉化為節(jié)點和枝構成的建筑物換氣樹，由此構造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣。