【基于PyroSim软件的高校宿舍火灾蔓延模拟探析6300字（论文）】

-22]。3.2.1设定物理模型本文以四方学院学生公寓楼某宿舍为研究对象，该公寓楼的消防系统设施陈旧，无火灾自动报警装置及喷淋灭火装置，每层只有两处消防设备放置点。六人间宿舍长宽高分别为5.2米，4.6米，2.4米，房间内部有三张上下铺，入住6人。每个宿舍放置3张上下床铺，2张桌子，2个六格挡衣橱，床铺与衣柜放置于墙的两侧，有独立阳台，无独卫。宿舍左侧和右侧设有可供上下的楼梯，左侧与右侧均设立逃生大门。3.2.2确定网格模型由于该宿舍的主体建筑形态为长方体，因此本文模拟对象网格划分为5.2×4.6×2.4，最小网格尺寸为0.1×0.1×0.1，单元格总数为57408，取网格参数见表2。此网格模型可以直观模拟该宿舍的空间布局状况，而且还可以在节省运行时间的前提下获得相对准确的仿真结果。3.2.3确定火灾场景在本文中，等比例的创建了宿舍内部空间模型，以此来模拟宿舍火灾，。图4,图5为模拟对象的俯视平面图和3D立体图。表3列出了每个组件的材料性能。表4为火灾模拟的相关参数设定。火灾的两种不同运行状态见如表5：状态1是宿舍内学生处于活动状态，且门处于打开状态；状态2是对应于学生处于休息状态，如若发生火灾，学生必须在30s内将门打开逃出房间才是最安全的。这两种状态均是对宿舍内学生最常见两种活动状态而模拟的宿舍起火过程。表5两种火灾工况描述工况名称描述状态1门处于打开状态状态2门在30s时打开图4宿舍平面图图5宿舍3D模型图4模拟结果分析4.1温度随时间的变化图6为两种状态下着火房间温度随时间的变化示意图。两种状态下温度随时间的变化趋势大致相同。状态1状态2图6着火房间温度随时间变化曲线图如图6所示，着火房间的室温为20℃，着火房间温度在前50s迅速增加，经过100s后，仍然持续增长，但是其增长速率逐渐平缓，其原因是由于大量的热在短时间内聚集在着火房间内部，导致着火房间内部温度急剧上升，此时如若门在门处于打开的状态，室内温度也基本无变化，而到了200至300秒时，热量逐渐通过门向外传递，热量通过门传递到外面，从而使着火房间温度不再发生变化，逐渐趋于稳定。4.2热流量随时间的变化两种状态着火房间门的热流量对比见图7。状态1状态2图7着火房间门的热流量随时间变化曲线图结果显示，两种状态下热流量变化趋势相同。状态1即门开放状态时，前10s内，由于着火源距离门一定的位置，热量均积聚在着火房间内部，门口的热流量在前100s内迅速增加，达到峰值，最高可达20KW，100s之后火源逐渐燃烧完毕，故通过门的热流量逐渐趋于平衡状态。状态2即门在30s时打开状态下，前30s内，热量在门口积聚，在第30s时，热量呈直线突然增长，在第150s时达到峰值，后续逐渐平缓。对比两种状态，门在30s打开状态下热量达到峰值较状态1而言会延迟50s，由此可知，当房间发生火灾时，通过打开着火房间的门，可以适当降低着火房间的热量负荷。4.3烟气层高度随时间的变化着火时产生的烟雾是对疏散影响最大的因素，烟雾越高，能见度越低，从而对人员的逃生产生一定的影响。根据研究结果表明：被困人员疏散受到严重影响的最低烟气层高度为2.5m，被困人员无法安全撤离着火房间的最低烟气层高度为1.5mREF_Ref11921\r\h[23]。图8显示了火灾期间烟气层高度的变化，该图表明，对于两种状态而言，烟气层高度的变化都遵循相同的趋势。状态1状态2图8着火房间烟气层高度随时间变化曲线图图8为t=300s的烟气蔓延的状况。在初始阶段，大火产生了大量的烟雾。当着火态势开始过渡到初期的成长阶段，在50s内烟气层高度迅速下降至最低，然后逐渐平衡。在火灾开始的前20s内，门处于一直开放状态和门在30s后打开状态下的烟气层高度一致，无论着火房间的门是否打开，烟气层的高度都降至1.4m处，接着状态1在50s内陡然下降至1.2m，之后持续处于平衡状态，而状态2烟气层的高度则急剧增加至1.95m处，这是因为此时门是关闭的，烟气无法通过门向外蔓延，在稍后的阶段，由于门均处于敞开状态，烟气可以通过门向外扩散，然后逐渐处于平衡状态。图9为两种状态下烟气蔓延的3D示意图。状态1状态2图9着火房间烟气蔓延示意图综上所述，处于着火房间的学生必须将逃离时间控制在火灾发生的前20s，否则难以保证受困学生的生命安全和财产损失。4.4热释放速率随时间的变化热释放速率是指在单一实验条件下，材料在单位时间内燃烧所释放的热量，一方面它表示火源释放热量速率的大小，另一方面则表现了火源释放放热量的能力。热释放速率和热量成正比，材料表面的热量越多，材料燃烧会越快，挥发性物质产生速率越高，从而加速火焰传播。图10是两种状态下着火房间热释放速率随着时间的变化曲线图，在前30s内，曲线图略有不同，后期变化趋势一致。从图显而易见，两种状态的热释放速率在初始状态处于坐标原点，状态1大约在10s内急剧上升到68KW，状态2在10s内急剧上升到85KW，在第30s时降至最小值5KW。状态1在后续的时间内呈现波动式变化，分别在第20s、35s、225s内达到峰值90KW，在第160s、230s处于最低值状态，其数值为30KW。状态1状态2图10着火房间热释放速率随时间变化曲线图5结论及建议5.1结论通过对比分析四方学院学生公寓的某宿舍两种火灾场景的动态模拟结果图，分别得到的结论如下：（1）在起火的前100s，实际上门的打开或关闭状态对着火房间内的温度变化没有过度影响，两种状态存在大致相似的火灾危险性。在稍后的阶段，门完全打开，来自着火房间内的一部分热量通过门扩散到走廊，着火房间的内部温度趋于稳定。（2）着火房间的热量均通过门向外扩散。状态1在火灾爆发的前10s内，门口热流量处于零值，而状态2在前30s内门口热量急剧，在第30s爆发，呈线性增长。在后期，火源逐渐熄灭，通过门的热流量也将保持稳定。（3）在起火的前20s中，实际上门的打开或关闭状态对着火房间内的烟气层高度变化没有过度影响，着火房间烟气层高度下降至人员逃生安全高度，因此，人员需要在前20s完成逃生，否则，将会造成人员伤亡。（4）着火房间的热释放速率呈波动式变化，火源释放热量的最大能力达到90KW。5.2不足之处对于宿舍而言，一方面，由于房间内部的床被、桌椅、书本的密度较高，尽管在正常情况下不存在危险性，但一旦放置于着火区域中，其带来的损失无法估量；另一方面，火灾事故在发生的时候会受到很多其他因素的影响，例如通风条件、火灾事故发生时所选用的方法以及被困人员的自救措施等，从而使火灾的发生和蔓延速度存在不确定因素。此外，数值仿真的限制和软件仿真过程中不注重次要因素都会干扰模拟仿真结果，但这并不会降低仿真结果的参考价值。5.3建议基于PyroSim软件进行火灾场景的模拟，其模拟对象为四方学院某宿舍，模拟结果表明该宿舍还是存在很多潜在危险。