论文总字数：19918字

摘 要

随着我国的高速发展，土地资源日益稀缺，出现了一种由上盖建筑和地下车辆段结合成的新型建筑模型。自然排烟和机械排烟都有较为明显的局限性，所以针对这种新型建筑提出一种混合排烟模式。为了研究该种混合排烟模式在此类建筑的具体效果，在281W、380W、531W和866W4种不同的火焰功率下，采用0.7m/s、1.0m/s、1.4m/s、1.9m/s和2.4m/s5种通风速度进行1:50缩尺实验，并进行了全尺寸数值模拟，有效地模拟实际建筑火灾时火源功率、底层顶棚平均温度等参数。对夹层的温度分层、烟气运动等参数进行了分析，并用激光片对烟气层进行可视化分析。此外，还模拟了一氧化碳（CO）在建筑内的分布。数值模拟结果与实验结果较为吻合。结果表明，在实验选取的火焰功率范围内，混合排烟系统对温度的控制优于自然排烟系统。当通风速度小于1.0m/s时，烟气会滞留在建筑物内无法顺利排出；当通风速度大于1.9m/s时，烟气层会下降，对人员疏散造成阻碍；当通风速度为1.4m/s时，夹层内的烟气层可以维持在稳定的状态，直至被排出至建筑物外，这有利于人员疏散。在混合排烟系统中，一氧化碳可以得到有效的控制，不扩散到整个夹层中。三种排烟系统对烟气的控制能力从高到低依次为混合排烟系统、机械排烟系统、自然排烟系统。

关键词：地下车辆段 FDS模拟 缩尺实验 温度控制 排烟系统

Experiment and numerical simulation of smoke exhaust system in a large underground subway depot with superstructures

Abstract

With the rapid development of our country, land resources are becoming more and more scarce, and a new building model composed of upper building and underground depot has emerged. Natural ventilation and mechanical ventilation have obvious limitations, so a hybrid ventilation mode is proposed for this new type of building. In order to study the concrete effect of this kind of hybrid ventilation mode in this kind of building, at 281W, 380W, 531W and 866W, the 1:50 scale experiments were carried out at five ventilation speeds of 0.7m/s, 1.0m/s, 1.4m/s, 1.9m/s and 2.4m/s. The full size numerical simulation is carried out. It can effectively simulate the fire source power, the average temperature of the ground floor and other parameters in the actual building fire, and analyze the temperature stratification and smoke movement of the building, and use the laser sheet to visualize the smoke layer. In addition, the distribution of carbon monoxide (CO) in buildings is also simulated. The numerical simulation results are in good agreement with the experimental results. The results show that the temperature control of the hybrid smoke exhaust system is better than that of the natural smoke exhaust system in the range of flame power selected by the experiment. When the ventilation speed is less than 1.0m/s, the smoke will be stranded in the building and can not be exhausted smoothly, and when the ventilation speed is greater than 1.9m/s, the smoke layer will decrease, which hinders the evacuation of people. When the ventilation speed is 1.4m/s, the smoke layer in the interlayer can be maintained in a stable state until it is discharged outside the building, which is conducive to the evacuation of people. In the hybrid ventilation system, carbon monoxide can be effectively controlled and not diffused into the whole interlayer. The control ability of flue gas from high to low is hybrid ventilation system, mechanical ventilation system and natural ventilation system.

Key Words:underground depot ; FDS simulation；reduced-scale experiment ; temperature controlling; smoke exhaust system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 建筑结构特点 2

1.3 建筑烟气控制 3

1.3.1自然排烟 3

1.3.2机械排烟 4

1.3.3混合排烟 4

1.4 火灾烟气的基础研究 4

1.4.1 火灾烟气的概念 4

1.4.2 火灾烟气的产生 5

1.4.3 火灾烟气的危害 5

第2章 缩尺实验与数值模拟 6

2.1 实验模型设计 6

2.2 实验工况及实验测量 8

2.3 FDS数值模拟 10

第3章 三种排烟模式的对比 13

3.1 混合排烟分析 13

3.2 三种排烟模式的对比 16

第4章 结果与分析 19

4.1 温度分析 19

4.2 烟气分析 21

4.3 一氧化碳（CO）分析 24

第5章 总结 27

参考文献 28

第1章 绪论

引言

随着我国现代化进程的加快，各式的建筑层出不穷，这也直接导致了城市土地资源的稀缺。为充分利用土地资源，高层建筑和地下建筑逐渐发展起来，尤其是地上立体车库、地下商业街和地下车辆段，上盖物业地下车辆段就是其中一种。地下建筑有以下一些共同点：（1）道路空间跨度大，通道狭长。（2）可燃物种类多，数量大。（3）不易于人员疏散。在建筑着火时，对人最有威胁的因素不是火焰或高温，而是烟气。烟气主要有以下几种：（1）窒息性和麻醉性气体，如氰化氢（HCN）、一氧化碳（CO）等，（2）刺激性气体，如一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO₂）、氯化氢（HCL）等，（3）其他气体，如二氧化碳（CO₂）等^[1]。烟气降低了着火范围内的可见度，又因其有毒性和窒息性，对人员疏散和火灾扑救造成严重阻碍。为此，找到适合地下建筑的通风排烟模式是一项重要任务。不同于地上建筑，地下建筑出入口少，难以与外界直接进行通风换气，占地面积大且很少有墙对空间进行分隔，燃烧气体产物会很快充满整个空间。然而没有规范明确表明上盖物业地下车辆段这类建筑应使用何种通风排烟模式。除此之外，一些研究表明现有的排烟模式对地下车辆段着火时的烟气控制收效甚微。为此，提出一种混合排烟模式，以有效地控制烟气和温度在上盖物业地下车辆段的蔓延和发展。本文将以FDS模拟和缩尺比例实验对混合排烟在南京某上盖物业地下车辆段使用的具体效果进行探究。

常见的地下大空间建筑包括停车场、车站和隧道等。在这类地下建筑中，通风性能可以通过全尺寸实验、缩尺实验或数值模拟来探究。Weng^[2]等人已有实验通过测量烟气传播、沉降、速度和温度的数据，评估了通过屋顶开口排出烟气的可行性，确定了烟气对隧道人员的影响。 Lemaire和Kenyon^[3]等人在荷兰第二比荷卢隧道进行了14次全尺寸火灾试验，以评估在发生火灾时供驾驶者逃离的条件。Zhong^[4]等人在一个长倾斜大曲率隧道，对三种不同热释放速率下烟气的发展进行了全尺寸实验研究。实验结果表明，在自然排烟（NV）和机械排烟（MV）两种情况下都存在烟气回流现象。

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