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本书提出了用于检验建筑消防系统排烟能力的人工热烟测试方法，设计了由火源、发烟、测量、辅助4个子系统组成的热烟测试系统，给出了热烟测试的具体流程；在实验室环境下采用粒子成像速度场仪对人工热烟羽流流场进行了实验观测，基于分形理论对实验得到的烟气图像进行了烟雾纹理分析；对实际建筑大空间的排烟系统进行了现场热烟实验，实现了对排烟系统的排烟能力和防火卷帘的气密性热烟检验，得出了实验现场烟气层界面的变化规律；通过对大空间消防系统排烟能力与火灾烟气的作用模式进行分析，归纳出了排烟风机排烟量与火灾烟量相互作用下烟气层界面移动的三种模式。

目   录
第1章  绪论	1
1.1  研究背景及意义	1
1.2  国内外研究现状	6
1.3  本书主要研究内容	9
第2章  热烟测试方法研究	10
2.1  热烟测试系统设计	10
2.1.1  火源子系统设计	10
2.1.2  发烟子系统设计	13
2.1.3  测量子系统设计	15
2.1.4  辅助子系统设计	17
2.2  热烟测试的流程设计	17
2.3  本章小结	18
第3章  热烟羽流特性的实验研究	19
3.1  热烟羽流	19
3.2  热烟羽流特性的PIV实验观测	20
3.2.1  粒子成像速度场仪测量原理	20
3.2.2  热烟羽流速度场实验观测	23
3.2.3  热烟羽流分形维数计算与分形特性	35
3.3  热烟羽流运动特性的室内实验研究	40
3.3.1  火灾场景设计	40
3.3.2  实验过程	41
3.3.3  实验分析	43
3.4  本章小结	47
第4章  建筑大空间排烟系统特性的热烟实验	49
4.1  某报社大楼中庭热烟实验	49
4.1.1  火灾场景设计	49
4.1.2  测试过程	51
4.1.3  测试结果分析	53
4.2  某地下商场中庭热烟实验	54
4.2.1  火灾场景设计	54
4.2.2  测试过程	56
4.2.3  测试结果分析	56
4.3  大空间消防系统排烟能力与火灾烟气之间的作用模式研究	58
4.4  本章小结	59
第5章  建筑火灾排烟过程的数值模拟方法	61
5.1  概述	61
5.2  描述建筑火灾排烟过程的数学模型	61
5.3  数值模拟辅助程序的编制	64
5.4  建立数值模拟并行计算机组	67
5.5  并行计算效率实例分析	69
5.6  本章小结	73
第6章  建筑消防系统排烟能力热烟实验过程的数值模拟	74
6.1  实验室热烟特性的数值模拟	74
6.1.1  火灾场景设计	74
6.1.2  模拟分析	74
6.2  某报社大楼中庭排烟特性的数值模拟	76
6.2.1  火灾场景设计	76
6.2.2  模拟分析	77
6.3  某地下商场中庭排烟特性的数值模拟	87
6.3.1  火灾场景设计	87
6.3.2  模拟分析	88
6.3.3  建筑排烟系统的优化研究	92
6.4  本章小结	96
第7章  建筑排烟系统特性实际案例的数值模拟研究	97
7.1  某高层建筑楼梯间排烟特性的数值模拟	97
7.1.1  火灾场景设计	97
7.1.2  模拟分析	98
7.2  某学生食堂火灾安全评价的数值模拟	102
7.2.1  火灾场景设计	102
7.2.2  模拟分析	104
7.3  某地下公交站火灾烟气运动的数值模拟	108
7.3.1  火灾场景设计	108
7.3.2  模拟分析	110
7.4  本章小结	115
第8章  结论	116
8.1  主要结论	116
8.2  主要成果和创新点	117
8.3  工作展望	117
附录A  热烟羽流左侧部分t = 1/30s时的速度计算结果（部分）	118
附录B  热烟羽流右侧部分t = 1/30s时的速度计算结果（部分）	121
附录C  热烟羽流中间部分t = 1/30s时的速度计算结果（部分）	124
参考文献	127

前   言
火灾是威胁公共安全、危害人民生命财产安全的最大灾害之一。在各类事故灾难中，火灾造成的死亡人数仅次于交通事故，同时火灾造成的直接经济损失在各类事故中位居首位。
火灾发生时，可燃物热分解的产物和燃烧产物掺混在一起，形成了火灾烟气。烟气是火灾发生时人员安全疏散与消防队员进行救援行动的主要障碍，其危害主要体现在毒性、高温性和遮光性方面。建筑火灾的统计数据表明，火灾死亡人员中高达80%为烟气致死。
为了降低烟气的危害，各种建筑防火的标准规范中均对消防排烟系统做了相应的规定。但在实际工作中，如何检验建筑中消防系统的排烟能力成为一个难题。对于常规建筑，可以参照标准规范中的具体规定进行检查，但只能检查排烟系统的设计参数和设备数量，无法检验排烟系统的真实排烟能力；对于超出现行标准规范的大型、复杂建筑，则连标准规范都无从参照。
检验消防系统排烟能力的方法主要有数学计算、计算机模拟、实验模拟三种方法，其中实验模拟方法是相对最为有效的方法，但在我国的建筑行业，消防系统的安装是与装修同步进行的，实验模拟的对象往往是已完成装修的建筑，如果利用真实火源（如柴油、煤油等）产生烟气进行实验，那么实验过程中的烟气不可避免地会对现场造成较大的污染。因此，需要一种既能具有真实火灾烟气特征又不会对实验环境造成较大污染的方法来进行实验模拟。
热烟测试方法是实验模拟方法的改进方案，其基本思想是采取较为清洁的燃料作火源，利用发烟机产生无害、无污染的示踪烟气模拟火灾烟气，从而近似了解烟气流动的状况。热烟测试方法克服了真实火灾实验模拟时间长、费用高、易造成污染的缺点，可以清楚、直观地了解排烟系统的真实工作状况，适用于常规建筑，也适用于大型、复杂建筑，具有较好的应用前景。
在实际应用中，通过热烟测试实验发现排烟系统存在的问题后，设计或咨询机构一般会提出改进方案，这时可以使用计算机模拟方法对改进方案进行评估，从而确定较好的改进方案。
本书就建筑消防系统的排烟能力进行实验检验和数值模拟研究，主要内容如下：
（1）根据NFPA 92B、AS 4391，综合国内外研究成果，设计检验建筑消防系统排烟能力的热烟测试系统，得到检验建筑消防系统排烟能力的热烟测试流程。
（2）使用粒子成像速度场仪对热烟羽流的速度场进行测量研究，在实验室环境内进行热烟流动特性的实验研究，并与烟羽流的数学计算结果进行对比分析。
（3）对建筑大空间进行热烟实验，检验建筑消防系统的排烟能力。
（4）对不同的实际建筑进行排烟能力的数值模拟，通过与热烟实验的结果对比，验证数值模拟与热烟实验的近似程度，检验消防系统的排烟特性，评估建筑的消防疏散安全性，得到建筑消防系统排烟能力的改进思路与方法。
本书由郑州轻工业大学资助出版。
作者在撰写本书的过程中，得到了中山大学梁栋教授的指导和帮助，在此特别予以感谢。
虽然作者在撰写过程中尽了最大努力，但由于水平有限及时间仓促，疏漏之处在所难免，敬请读者及同行不吝指教。

作者

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建筑消防系统排烟能力的热烟实验检验方法和数值模拟