[發(fā)明專利]預(yù)測(cè)閉式灑水噴頭或感溫探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間的預(yù)測(cè)模型

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611090412.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106777591A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文利;劉松濤;呂振綱;劉詩(shī)瑤;蘇乃特;歐宸;衛(wèi)文彬;王廣勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)建筑科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京中建聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11004
• 代理人: 常永平,朱麗巖

1.一種預(yù)測(cè)閉式灑水噴頭或感溫探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間的預(yù)測(cè)模型，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：基本假設(shè)

所述預(yù)測(cè)模型基于以下3個(gè)基本假設(shè)條件：

(1)噴頭或感溫探測(cè)器處在一塊大空間且按相關(guān)規(guī)范要求安裝在平坦的天花板下；

(2)在火災(zāi)發(fā)展的最初階段，輻射熱量傳遞過(guò)程忽略，對(duì)流熱傳遞速度q_conv為影響噴頭或感溫探測(cè)器響應(yīng)的主要因素；

(3)對(duì)流熱量傳遞系數(shù)與流經(jīng)噴頭或感溫探測(cè)器內(nèi)熱敏感元件的氣體速度成比例；

步驟二：模型基本原理

采用火焰及頂棚射流模型來(lái)預(yù)測(cè)流經(jīng)噴頭的火災(zāi)氣流溫度和速度，其中，噴頭或感溫探測(cè)器與周?chē)h(huán)境之間的熱量傳遞采用單元總的熱量傳遞率q_total表達(dá)，q_total采用下列關(guān)系式表示：

上式中：

q_cond——傳導(dǎo)熱傳遞速率；

q_conv——對(duì)流熱傳遞速率；

q_rad——輻射熱傳遞速率

熱量通過(guò)對(duì)流熱傳至噴頭或感溫探測(cè)器的傳遞速率采用下式表述：

上式中：

h——對(duì)流熱量傳遞系數(shù)，單位kW/(m²·℃)或Btu/(s·ft²·℉)；

A——傳熱面積(m²)；

T_d——噴頭或感溫探測(cè)器溫度(℃)；

T_δ——天花板附近火災(zāi)氣體溫度的最大值(℃)；

把噴頭或感溫探測(cè)器熱敏感元件看作是一塊質(zhì)量為m的整體，其溫度變化可由下式得出：

上式中：

c——熱敏感元件的比熱，單位為kJ/(kg·℃)或Btu/(1bm·℉)

由上述方程可以導(dǎo)出噴頭或感溫探測(cè)器熱敏感元件溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系式：

設(shè)

其中，τ為傳至給定的熱敏感元件的對(duì)流熱量；

這樣，

對(duì)一個(gè)給定的熱敏感元件，h與流經(jīng)熱敏感元件的氣體速度成比例，這種關(guān)系即用熱敏感元件特有的響應(yīng)時(shí)間指數(shù)——RTI來(lái)表示：

上式中：

u——天花板附近火災(zāi)氣體速度的最大值；

u_o——實(shí)驗(yàn)室條件下氣體參考速度；

τ——熱敏感元件的對(duì)流熱量；

τ_o——?dú)怏w參考速度時(shí)對(duì)應(yīng)的τ值；

采用插入試驗(yàn)來(lái)確定噴頭或感溫探測(cè)器的RTI值，對(duì)火災(zāi)氣體通過(guò)類似熱敏感元件任一時(shí)間的溫度變化可以通過(guò)計(jì)算得知，其熱量傳導(dǎo)方程如下：

上述公式8用來(lái)預(yù)測(cè)暴露于火災(zāi)氣體中的定溫感溫探測(cè)器或噴頭的溫度，或者用來(lái)確定感溫元件達(dá)到其動(dòng)作溫度的時(shí)間；

步驟三：設(shè)計(jì)火災(zāi)

設(shè)計(jì)火災(zāi)分為熱釋放速率隨時(shí)間增長(zhǎng)的火和熱釋放速率恒定的火；

(1)熱釋放速率隨時(shí)間增長(zhǎng)的火

在實(shí)際火災(zāi)的初期和增長(zhǎng)期，熱釋放速率隨時(shí)間的推移不斷增長(zhǎng)，熱釋放速率增長(zhǎng)遵循時(shí)間的平方規(guī)律，所以又稱為時(shí)間平方火，即：

Q＝at² (公式9)

公式中：

Q——熱量釋放速率(kW)；

a——時(shí)間常數(shù)；

t——時(shí)間(s)

(2)熱釋放速率恒定的火

在進(jìn)行建筑防火安全評(píng)估和排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還采用熱量釋放速率Q恒定的火，即假定從起火開(kāi)始熱釋放速率即保持在某一數(shù)值，這一數(shù)值取為可燃物燃燒時(shí)的峰值熱釋放速率或水噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的火源的熱釋放速率；

步驟四：響應(yīng)時(shí)間預(yù)測(cè)

(1)穩(wěn)態(tài)火火災(zāi)狀況下的噴頭或感溫探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間預(yù)測(cè)

對(duì)于穩(wěn)定狀態(tài)火災(zāi)，采用如下一系列在天花板噴射流中計(jì)算火災(zāi)氣體溫度及速度的方程式，作為穩(wěn)定狀態(tài)火災(zāi)的熱量釋放速度及位置的函數(shù)：

當(dāng)r/H>0.18時(shí)：

當(dāng)r/H≤0.18時(shí)：

當(dāng)r/H>0.15時(shí)：

當(dāng)r/H≤0.15時(shí)：

其中，T_δ——天花板附近火災(zāi)氣體溫度的最大值(℃)；

T_a——周?chē)h(huán)境溫度(℃)；

Q——總的火災(zāi)熱量釋放速率(kW)；

r——距離火焰軸線的水平距離(m)；

H——著火點(diǎn)上面的高度(m)；

u——天花板附近火災(zāi)氣體速度的最大值(m/s)；

假設(shè)離開(kāi)著火點(diǎn)某處的火災(zāi)氣體溫度及速度與火源的瞬間熱量釋放速率有關(guān)，忽略感溫元件到火源之間火災(zāi)氣體流動(dòng)所需的時(shí)間，同時(shí)，考慮總的熱量釋放速率而不僅僅是對(duì)流熱量釋放速率，則對(duì)一個(gè)恒定的氣體溫度及氣體速度來(lái)說(shuō)，基本的熱量傳遞方程式為：

或者將RTI代入公式15得到：

對(duì)于氣體溫度和速度為恒定的天花板噴射流，或感溫探測(cè)器對(duì)火災(zāi)的反應(yīng)可以使用上面的方程式14-16進(jìn)行模擬分析；

噴頭響應(yīng)時(shí)間t_r預(yù)測(cè)可采用以下方程式：

(2)發(fā)展火或半穩(wěn)態(tài)火火災(zāi)狀況下噴頭或感溫探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間預(yù)測(cè)

一場(chǎng)正在發(fā)展的火災(zāi)通過(guò)假設(shè)其由一系列不斷增大的穩(wěn)定的熱量釋放速率火災(zāi)構(gòu)成來(lái)模擬，將這個(gè)模型作為半穩(wěn)定狀態(tài)模型，首先是將熱量釋放速率曲線分成一系列很短的時(shí)間間隔，對(duì)每一個(gè)間隔，用該段間隔的平均熱釋放速率來(lái)計(jì)算火災(zāi)產(chǎn)生的氣體溫度和速度，這樣可計(jì)算噴頭或感溫探測(cè)器在此間隔的溫度和速度；

步驟五：預(yù)測(cè)模型完成對(duì)閉式噴頭或感溫探測(cè)器在火災(zāi)情況下響應(yīng)時(shí)間的預(yù)測(cè)。