煙氣的性質(zhì)與流動

關(guān)于煙氣的性質(zhì)與流動第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二綱要3.1煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)3.2煙氣的遮光性3.3煙氣的流動3.4壓力中性面3.5煙氣的生成速率3.6煙氣的形成與排煙機理第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.1煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣產(chǎn)生的原因（1）燃燒過程中，氧氣不足，發(fā)生不完全反應(yīng)煙氣產(chǎn)生的原因（2）可燃物本身的化學性質(zhì)對煙氣的產(chǎn)生具有重要的影響碳素材料陰燃→油污有焰燃燒→灰分、碳顆?；馂?zāi)煙氣中的主要成分：（1）可燃物熱解或燃燒產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物（未燃燒氣，CO,CO2,其它有毒氣體等）（2）煙氣卷吸的空氣。（3）多種微小的固體顆粒和液滴（碳顆粒和水滴等）。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.1煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)煙氣的濃度是由煙氣中所包含固體顆?；蛞旱蔚亩嗌偌靶再|(zhì)決定。常用測量方法：1.將單位體積的煙氣過濾，確定其中顆粒的重量（mg/m3）。適用于小尺寸試驗2.測量單位體積煙氣中煙顆粒的數(shù)目（個/m3)。適用于煙濃度很小的情況3.將煙氣收集在已知容積的容器中，確定它的遮光性，一般表示為一定的光學密度。適用于小尺寸和中等尺寸的試驗4在煙氣從燃燒室或失火房間中流出的過程中測量它的遮光性，并在測量時間內(nèi)積分，得到煙氣的平均光學密度光性。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二火災(zāi)煙氣中含有多種有毒物質(zhì)，除了含有一氧化碳、二氧化碳等常見物質(zhì)外，還含有氮化氫、氰化氫、氟化氫等有毒物質(zhì)。常見試驗方法：3.1煙氣的產(chǎn)生與性質(zhì)一.動物實驗法二.氣體分析法動物實驗法：就是用某些動物代替人類，接受各類化學物質(zhì)及其不同濃度計量的試驗。實驗時，將實驗動物（小白鼠）暴露于具有特定毒性煙氣中一定時間后（一般為30分鐘），觀察試驗動物14天內(nèi)體重增減，運動能力以及致死等情況，從而評估煙氣的毒性。氣體分析法：采用化學分析儀器對火災(zāi)煙氣成分進行測試，分析其毒性，用毒性指數(shù)表示煙氣的毒性大小。毒性指數(shù)：將煙氣中的某種氣體的實際濃度與該氣體的30min致死濃度的比值作為該氣體的毒性因子，煙氣中14種常見有毒氣體的毒性因子之和即為該煙氣的毒性指數(shù)。14種常見毒性氣體為：二氧化碳、一氧化碳、甲醛、氧化氮、氰化氫、丙烯氰、光氣、二氧化硫、硫化氫、氯化氫、氟化氫、溴化氫、氨氣、苯酚。第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.2煙氣的遮光性穩(wěn)定電源光源光敏元件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)L煙氣遮光性測量裝置示意圖

光的透射率煙氣的光學密度：單位長度光學密度：減光系數(shù)：第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.2煙氣的遮光性

第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙氣的發(fā)煙能力測試3.2煙氣的遮光性NBS標準煙箱使用方法：將一塊75cm2的試驗材料放在燃燒室中，其豎直上方是一個功率固定為2.5w/cm2的熱源，其下方是由6個小火焰組成的有焰燃燒陣，這種方法規(guī)定，測量結(jié)果表示為在本裝置內(nèi)的試驗光學密度的最大值。即：單位長度的光學密度V是試驗箱的容積試樣的暴露面積NBS標準煙箱第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.3煙氣的流動3.3.1煙氣的有效流通面積煙氣有效流通面積：是指某一種流體，在一定的壓差作用下流過系統(tǒng)的總的當量流通面積。

1.并聯(lián)流動2.串聯(lián)流動3.混聯(lián)流動第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二并聯(lián)流動加壓空間并聯(lián)出口

第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二串聯(lián)流動串聯(lián)出口有效流通面積：推廣可以得到n個出口串聯(lián)時的有效面積為：加壓空間第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二混聯(lián)流動加壓空間該圖為串并聯(lián)系統(tǒng)，可見并聯(lián)，組合有效流通面積為：同理，因此，系統(tǒng)的有效流通面積為：

第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.3.2煙氣流動的驅(qū)動力3.3煙氣的流動煙氣流動的驅(qū)動力主要包括：1.煙囪效應(yīng)2.燃氣的浮力和膨脹力3.風的影響4.空調(diào)系統(tǒng)對煙氣流動的影響5.電梯的活塞效應(yīng)第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙囪效應(yīng)：通常建筑物的室外較冷，室內(nèi)較熱，因此，室內(nèi)的空氣的密度比外界小，這便產(chǎn)生了使氣體向上運動的浮力，高層建筑往往有許多豎井，如樓梯井、電梯井、豎直機械管道等。在這些豎井內(nèi)，氣體的上升運動非常顯著，這就是煙囪效應(yīng)。

正煙囪效應(yīng)和逆煙囪效應(yīng)時的氣體流動第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二建筑物中正煙囪效應(yīng)引起的煙氣流動在正煙囪效應(yīng)的情況下，低于中性面火源產(chǎn)生的煙氣將與建筑物內(nèi)的空氣一起流入豎井，并沿豎井上升，一旦上升到中性面以上，煙氣便可由豎井流出來，進入建筑物的上部樓層。如圖（a)所示。若中性面以上的樓層發(fā)生火災(zāi)，由正煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的空氣流動可限制煙氣的流動，空氣從豎井中流進著火層能夠阻止煙氣流進豎井。如圖（b)所示。若著火層的燃燒強烈，熱煙氣的浮力克服了豎井內(nèi)的煙囪效應(yīng)，則煙氣仍可進入豎井繼而流入上部樓層。如圖（c)所示。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二風的影響風的存在可在建筑物的周圍產(chǎn)生壓力分布，而這種壓力分布能夠影響建筑物的煙氣的流動，一般來說，建筑物的外部壓力分布受到多種因素的影響，其中包括風的速度和方向，建筑物的高度和幾何形狀等。壓力的大小與風速關(guān)系，即：

為風作用到建筑物表面的壓力，為風壓系數(shù)，空氣的密度，V為風速由風引起的建筑物的兩個側(cè)面的壓力差為：

為迎風墻的壓力系數(shù)為背風墻的壓力系數(shù)注：缺壓力系數(shù)圖第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二空調(diào)系統(tǒng)對煙氣流動的影響第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二電梯的活塞效應(yīng)電梯在電梯井中運動時，能夠使井內(nèi)出現(xiàn)壓力變化，這稱為電梯的活塞效應(yīng)。由活塞效應(yīng)引起的電梯上方與外界的壓差式中，為電梯井內(nèi)空氣密度，為電梯井的截面積，V為電梯的速度，為電梯以上的樓層數(shù)，為電梯以下的樓層數(shù)，C為建筑物縫隙的流通系數(shù)，為在每層中電梯井與外界的有效流通面積，為電梯周圍的流體的流通系數(shù)，為電梯周圍的自由流通面積。第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.4壓力中性面1.具有連續(xù)開縫的豎井豎井

為豎井內(nèi)空氣的絕對溫度為外界空氣的絕對溫度H為豎井的高度第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二具有上下雙開口的豎井為上開口面積為下開口面積第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.5煙氣的生成速率為了定量計算煙氣的流動，必須知道實際火災(zāi)中煙氣的生成速率，在室內(nèi)火災(zāi)中，在煙氣以浮力羽流形式垂直升起的過程中，不斷將空氣卷吸進來，煙氣的生成速率主要由煙氣的羽流卷吸空氣的量決定，因此需要建立一定的羽流模型。常見的羽流模型：1.煙氣羽流的卷吸速率的理想模型（morton,taylor等提出的羽流模型）2.若干經(jīng)驗羽流模型：（1）.Heskestad羽流模型（2）.NFPA92B的羽流模型(3).Mccaffrey羽流模型（4).thomas-Hinkley羽流模型第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙氣羽流的卷吸速率的理想模型：morton,taylor等提出的羽流模型基本假設(shè)：(1).火源為點源，釋放的能量均出自該點源，且此能量全部留存于火羽流之中，忽略火焰對外界的輻射熱損失。(2).整個羽流之內(nèi)的密度變化很小。（3）.速度、溫度和力有著類似的分布形式，并進一步假定速度和溫度在羽流橫截面上呈高帽狀分布，即均為常數(shù)。根據(jù)理想羽流模型導出的煙氣生成速率公式：

為Z處煙氣的生成速率，T為環(huán)境空氣溫度，為環(huán)境空氣的密度，為空氣比熱，g為重力加速度，Q為火源熱釋放速率，Z為距離火源的高度。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二.Heskestad羽流模型基本假設(shè)：（1）.引入虛點源概念，可適用于面型火源，考慮輻射熱損失，以代替Q，其中表示火源的總熱釋放速率Q的對流部分，一般來說，=0.7Q(2).速度和溫度在羽流橫截面上呈高斯分布，而不是高帽狀分布，更接近實際情況。（3）考慮大的密度差，適用于強羽流的情況。根據(jù)Heskestad羽流模型導出火焰上方和下方的煙氣生成速率為：第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二受壁面限制時的羽流模型李元洲等人研究表明，在高大空間內(nèi)，火源在墻邊和墻角時煙氣羽流模型可分別修正為：第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.6煙氣層的形成與排煙機理煙氣層的高度：用煙氣層界面距離地面的高度表示，有時也可用煙氣本身的厚度表示第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙氣層高度計算目前常用的計算煙氣層的高度公式主要有：1.NFPA92B的公式是由美國消防協(xié)會標準提出的公式，假定煙羽流不與壁面接觸，且空間橫截面積不隨高度變化，且為穩(wěn)定火源時。t為火災(zāi)燃燒時間，A為建筑空間的橫截面積，H為建筑為空間的高度，Q為燃燒釋放熱速率。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙氣層高度計算目前常用的計算煙氣層的高度公式主要有：2.

ISO的公式國際化標準組織（ISO）提出，假定房間的下部有足夠的開口，空氣能比較容易的進入室內(nèi)，分2種情況討論：1當安裝了機械排煙設(shè)施或側(cè)墻設(shè)有自然排煙設(shè)施，且煙層處于穩(wěn)定狀態(tài)時，2.當屋頂設(shè)有自然排煙設(shè)施，且煙氣層處于穩(wěn)定狀態(tài)時式中，Z為煙氣層界面高度，煙氣的密度，V為排煙的體積速率

為排煙的質(zhì)量流率Q為熱釋放速率

t為火災(zāi)燃燒時間，A為建筑空間的橫截面積，H為建筑為空間的高度，Q為燃燒釋放熱速率。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙氣層高度計算

第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二煙氣層高度計算

第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二通過房間頂棚開口的流動建筑物與外界相同的開口大體可分為豎直開口和水平開口兩類，氣體流過這兩類開口的機理有所不同。對于門窗之類的豎直開口，室內(nèi)熱氣體和外界冷氣體將分別沿開口的上半部流出和下半部流入，上下兩區(qū)存在方向相反的單向流；對于水平開口，假設(shè)房間下部失火，氣體通過開口的雙向交換流動的形式復雜多變，冷、熱流體之間沒有明確的分界面。第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二通過房間頂棚開口的流動對于水平開口，壓差為0時，EpsteinM試驗，由Froude數(shù)表示體積交換流率。由圖3.6.4可以看出，當L/D較小時，F(xiàn)r數(shù)大致為一常數(shù)；當L/D>0.1后，F(xiàn)r數(shù)的增大