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摘 要

高层建筑已经成为当下城市化发展必然选择，然而由于其具有楼层众多、结构复杂、人员密集等特点，一旦发生火灾，火灾蔓延极其迅速，对人员生命安全造成严重威胁。同时，火灾产生的高温、烟气对人员的身心有较大危害，这些也是安全工作者应当重点考虑的问题。

本文运用Pyrosim，对高层建筑中的火灾进行模拟分析，主要包括：不同环境风、开口尺寸、高度对着火房间开口处补气强度和内部补气流场的影响；不同环境风，不同情形下受限空间内的燃烧特性；不同环境风、高度等条件下，受限空间内的温度演化规律。

在模拟实验中，将季节主要分为夏季和冬季，窗户分为全开和半开，楼层分为2层和8层。在模拟实验得出数据之后，主要选取实验中的温度、补风量、热释放速率进行分析，选取不同的时刻点，利用折线图进行对比分析，找出其变化规律。或选取相同时刻点，不同的工况利用折线图和模拟动画图来进行对比分析，找出规律，得出结论。

研究结果表明：（1）补风量：窗户全开＞半开；夏季＞冬季；有环境风＞无外界风；楼层较低＞楼层较高的。（2）热释放速率：无风＞夏季风＞冬季风；楼层较高＞楼层较低的。（3）温度：窗户尺寸大，着火房间内温度较高；无环境风＞有环境风；夏季＞冬季；楼层较低＞楼层较高的。

关键字：高层建筑 补风 燃烧特性 温度演化

The research on combustion properties and temperature evolvement laws within a limited space at different heights under the wind environment

ABSTRACT

High-rise buildings have become an inevitable choice in current urbanization. Just because of the numerous floors, complex structure and dense population, the fire may spread very quickly when there occurs fire, which will cause serious threat to human life and property. At the same time, the high-temperature and smoke may have a huge physical and mental harm to the people. All of these should be taken into consideration by the security workers.

In this paper, Simulation analysis of high-rise buildings has been implemented by Pyrosim. The main work is as follows: the effects of wind, opening size and the height to the opening fill gas intensity and internal flow field;the combustion characteristics of a limited space under different wind levels and other conditions;the temperature variety laws of a limited space under different environment wind levels, height and other conditions.

This simulation mainly has two seasons: summer and winter. Also the author divides the window into full and half-open and the floor into two and eight layers. Based on different time points, the temperature, air make-up, heat release rate were analyzed in order to find the inner relationship behind them.This paper also contrast line charts with simulative animation figures under different working conditions of the same time point.

The results show that: (1) Air make-up: Window, open gt; half-open; Season, summer gt; winter; Environment, with wind gt; without wind; Floor, high gt; low; (2) Heat release rate: Wind, without wind gt; summer wind gt; winter wind; Floor, high gt; low; (3) Temperature: Window size, large gt; small; Environment, with wind gt; without wind; Season, summer gt; winter; Floor, high gt; low.

Keywords:High-rise buildings;Air make-up;Combustion characteristic;Temperature evolvement

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外研究现状 4

1.3 研究的目的和意义 5

1.4 本文研究内容及方法 5

1.4.1 研究内容 5

1.4.2 研究方法 6

第二章 模拟软件介绍及选取 7

2.1 火灾模型分类 7

2.2 各种火灾模拟软件的介绍 8

2. 3 数值模拟软件Pyrosim介绍 9

2.3.1 Pyrosim界面 9

2.3.2 Pyrosim模型网格 10

2.3.3 Pyrosim数值算法 11

2.3.4 Pyrosim软件的模块组成 12

2.3.5 Pyrosim的应用与功能 12

第三章 受限空间内火灾研究理论基础 13

3.1 火灾动力学理论基础 13

3.1.1 火灾发生的机理 13

3.1.2 火灾发展的基本过程 14

3.1.3 火灾燃烧的特性参数 15

3.2 火灾烟气的运动特性 15

3.2.1 烟气的产生 15

3.2.2 烟气的蔓延 16

3.3 烟囱效应 16

3.3.1 烟囱效应简介 16

3.3.2 烟囱效应分析 17

3.3.3 针对烟囱效应的防范措施 17

第四章 模型的建立与模拟 18

4.1 高层建筑火灾物理模型 18

4.1.1 模型的建立 18

4.1.2 网格和计算域的选择 19

4.1.3 火源的设定 20

4.1.4 不同季节的温度和风速 21

4.1.5 不同高度与风速的关系 21

4.2 实验模拟工况的划分 22

4.3 监测点和监测面的布置说明 23

4.3.1 监测点的布置 23

4.3.2 监测面的布置 24

第五章 模拟结果与分析 25

5.1 工况简介 25

5.2 不同环境风、开口尺寸、高度对开口处补气强度和内部补气流场的影响 25

5.2.1 无风情况下，窗户尺寸对补风量的影响 25

5.2.2 有风情况下，窗户尺寸对补风量的影响 26

5.2.3 有无环境风时的补风量 27

5.2.4 不同楼层对补风量的影响 27

5.2.5 不同季节风对补风量的影响 28

5.2.6 小结 28

5.3 受限空间内燃烧特性 29

5.3.1 各工况最大热释放速率图 29

5.3.2 十组工况热释放速率对比图 30

5.3.3 不同环境风下的热释放速率对比图 31

5.3.4 不同楼层的热释放速率对比图 31

5.3.5 小结 32

5.4 受限空间内温度场演变规律 32

5.4.1 从温度监测点分析演变规律 32

5.4.2 从温度切片分析演变规律 35

5.4.3 小结 41

第六章 总结与展望 42

6.1 总结 42

6.2 展望 43

参考文献 44

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

随着城市化进展的加快和土地资源的日益稀缺，我国高层建筑的数量和高度得了快速增长，再加上近年来房价的飞速上涨和住房需求量的不断攀升，进一步刺激各房地产企业加快投资和建设高楼大厦的速度，各地（超）高层建筑如雨后春般不断拔地而起，具有数量多、高度高、结构复杂、功能多样化的特点，并且许多建筑己经成为城市的标志性建筑。例如，位于广州的2010年建成的国际金融中心，一共103层，最高楼层425米，总高度441.75米；2014年即将建成的上海中心大厦，一共125层，最高楼层580米，总高度632米（高楼迷，2014）。

关于高层建筑的起始高度或层数，各个国家规定也不尽相同，主要依据本国的经济条件和消防装备等情况来确定，没有绝对的和严格的标准。例如美国规定22米或7层以上为高层建筑;英国规定24.3米以上为高层建筑；日本规定31米或11层以上为高层建筑。依据《 高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95，2005）[^[1]]，我国规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的公共建筑及综合性建筑为高层建筑，当建筑高度超过100米时，称为超高层建筑。截止2013年底，我国已建成的100米以上的高层建筑为2027栋，其中200米以上的高层建筑为268栋，其中300米以上的高层建筑为28栋，另外在建的300米以上的高层建筑还有57栋（高楼迷，2014）。

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