流体力学在消防中的应用

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流体力学在消防中的应用范文第1篇

关键词：工业厂房；煤气泄漏；火灾模拟；烟气流动

中图分类号：X92 文献标识码:A

1 概述

随着工业化发展的不断提高，工业用火、用电、用气和化学物品的应用也日益广泛，工业建筑物火灾的危险性和危害性大大增加，伴随而来的火灾发生的频率也越来越高，尤其在工业厂房内，一旦有火灾发生就会对人员的生命财产造成直接的危害，严重的情况下会导致巨大的人员伤亡和财产损失。

例如以简化的厂房空间为研究对象，借助大型专业化计算流体力学软件FLUENT, 对单室内由于煤气泄漏引起的火灾及烟气蔓延过程进行数值模拟，得到了火场中温度场和燃烧产物二氧化碳浓度场的直观显示，为人们了解火灾发生和发展的过程提供了新的方法和手段，也为工业建筑防火设计和消防安全评估提供了新的科学工具，是消防安全工程学和性能化设计的重要基础。

2本文设定的场景与几何建模

实验房间几何尺寸为长6.0m，宽3.3m，高4.5m，房间墙壁有一高1.2m，宽2.0m的窗户，窗户对面是一高2.0m，宽0.8m的房门，在一侧壁中央位置距地面高1.0m有一处煤气泄漏点，本文考虑的泄漏危险源是沿墙铺设的煤气汇流排管道有一处泄漏，形成直径为1cm的圆形泄漏喷口，泄漏流量为0.1413m3/h（即泄漏速度为0.5m/s），泄漏煤气的主要成分为甲烷。如图2.1所示为在GAMBIT几何建模软件中建立的实验房间几何模型。

2.1 实验房间几何模型

3建立数学物理模型

火灾的场模拟理论基础是基于质量守恒、动量守恒、能量守恒、化学组分平衡的微分方程，而场模拟的过程就是对这些方程组进行数值求解。然而这些方程组是不封闭的，为了使方程组封闭，就必须引入湍流的附加方程，然后借助计算机对封闭方程组进行求解，就可以得出火灾过程中各种参数的详细空间分布及其随时间的变化。

3.1湍流平均量方程

火灾中燃烧的湍流过程影响着整个流体的流动，要想求解方程组就必须正确处理湍流过程。计算湍流粘性系数Ut的方法就是所谓的湍流模型，湍流模型种类很多，本文引用应用范围较广的k-epslion双方程模型：

3.2边界条件

FLUENT软件包含了更为广泛的边界条件设置类型，本文仅结合所研究的实际问题进行讨论。

（1）流体进口边界条件：本文对于着火厂房设置了两个流体进口，一个是燃料进口，另一个是空气进口。其中甲烷的泄漏速度为0.5m/s，温度为300K；窗户进风速度始终为0.5m/s，温度300K。

（2）流体出口界面：本文场景中厂房的房门为出流口。

（3）壁面：本文的研究中采用绝热、无渗透、无滑移壁面。

4模拟结果及分析

数值模拟计算采用FLUENT软件进行，使用分离解方法。求解过程中，燃烧控制方程具有较好的收敛记录。

图4.1 60秒时温度等值线图

图4.2 60秒时CO2浓度等值线图

结果分析

高温烟气对人体的危害如果烟气层面高于人眼的特征高度时（人眼的特征高度通常为1.2～1.8m，一般取1.5m），其烟气层的热辐射强度就会伤害人，而当烟气层面低于人眼的特征高度时，对人的危害将是直接烧伤或由于吸入热气体而对呼吸系统的破坏。由60s时图4.1可以看出，房间窗户下沿1.8m处烟气温度已经达到180℃左右，此时可对人体造成辐射伤害，在房间中后部烟气高度已接近1.5m，将对人体构成直接伤害。所以，人置身于煤气泄漏的火场时，要在短时间内逃离，以防热烟气层的沉积造成高温烟气的辐射、灼伤而阻碍逃生。

CO2浓度在60秒时有明显的增长趋势。主要是厂房空间内原有的氧气和窗户的进风使煤气燃烧充分，生成较多的CO2，几乎在短时间内就弥漫了厂房的上半层空间，图4.2可以看出，厂房的大部分空间已经弥漫了浓度较高的CO2，并且在生成CO2的同时消耗了大量的氧气，CO2对人体的危害主要是窒息作用。

结论

采用专业化计算流体力学软件FLUENT对工业厂房的煤气泄漏火灾进行了模拟，把火灾数值模拟技术应用于实际，实现了火场中的物理量，如温度、生成物组分二氧化碳浓度随泄漏时间变化的直观显示，为厂房内危险区域的划分及灾害控制提供了参考依据，也为厂房结构空间的性能化设计和煤气泄漏火灾的防治提供了理论依据。

参考文献

[1]王福军.计算流体动力学分析[M].清华大学出版社，2004.

[2]韩占先，徐宝林，霍然等.火灾科学与消防工程[M].山东科学技术出版社，2001.

[3]霍然等.建筑火灾中烟气蔓延的动态显示[J].火灾科学，1995，Vol.4，No.3.

[4]范维澄，万跃鹏.流体及燃烧的模型与计算[M].北京：中国科学技术大学出版社，1992.

流体力学在消防中的应用范文第2篇

关键词：应用型本科人才培养 综合素质 课程建设 实践教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）04（a）-0144-02

当今社会经济和科技的发展对高校培养人才的综合素质提出了要求。以建筑环境与能源应用工程专业为例，该专业是2012年在建筑环境与设备工程、建筑设施智能技术及建筑节能技术与工程的基础上调整而形成的本科专业，其专业范围包括建筑环境控制、建筑节能、建筑设施智能技术及城市燃气等领域[1]。建筑环境与能源应用工程专业所培养的学生应可以从事工程设计、施工、建筑设备系统维护管理等工作，侧重于培养应用型本科人才。该专业应用型本科人才的培养应从单一的工程专业素质培养向综合素质培养转变，从专业型培养向厚基础宽口径型培养转变。

1 应用型本科人才的特点和培养模式

随着我国国民经济各个行业科技含量、技术密集程度的日益提高，生产建设第一线对高层次技术应用型人才的需求日趋迫切。应用型本科重视学生的技术应用能力的培养。应用型本科培养的不是学术型或研究型人才，而是培养适应生产建设第一线需要的高等技术应用型人才。应用型本科人才具有以下特点[2]：

（1）应用型本科人才具有较强的实践动手能力和分析、解决生产建设实际问题的能力，能够将研究人员的设计意图或工艺思想应用到具体技术或技能的实际操作中去，并能在现场进行技术指导和组织管理，解决生产中的实际问题。

（2）应用型本科人才并不等同于掌握一技之长的技工。应用型本科的专业口径比高职专科更宽，专业基础理论更厚实，学生具有较好的职业发展潜能和工作适应能力。

（3）应用型本科人才应能够在生产实践中创造性地应用新技术，提高生产效率和工程建设质量，解决工程实践中出现的新问题。

随着各种高新技术相互渗透和广泛应用，建筑环境与能源应用工程及其相近行业领域的技术含量不断提高，往往要求相关的人才具有较宽广的知识面和适应不同工作岗位的能力。建筑环境与能源应用工程专业应用型本科人才既要有对社会的良好的适应能力和就业弹性，又要有一定的技术创新能力。其培养模式由综合素质、工程能力和适应创新三部分构成，与强调职业岗位能力的专科培养模式明显不同。

在以上的应用型本科人才培养模式中，全面提高学生的综合素质放在首要位置。“素质”是一个广义的概念，而对于一个特定的专业而言，素质教育应以其培养目标为中心来展开，其内容应包括与培养目标相关联的所有方面，即“职业素质”。建筑环境与能源应用工程专业应用型本科人才的工作环境大都是生产建设第一线，并且他们往往是现场技术人员群体的组织者和领导者。因此，他们既要有扎实的基础知识，又要具有一定的技术创新能力、组织协调能力、合作能力和心理承受能力。这就要求既要加强学生的基础课程学习，又应注意技术创新能力、组织协调能力和合作能力的培养。

2 课程建设与改革

应用型本科教育应以“应用”为主线构建课程和教学内容体系，而不是在三年制高职专科的基础上简单地增加几门课程。我院建筑环境与能源应用工程专业在课程建设与改革方面采取了以下的措施：

2.1 整合基础课程体系，加强基础课程的教学

高职专科的基础理论学习是“够用为度”，应用型本科的专业基础理论应该比较厚实。为了使学生能综合运用所学的基础课程知识分析专业问题，我院整合了专业基础课程体系，将专业基础课程划分为热工学模块、热工测控模块及流体力学模块。热工学模块包括传热学、工程热力学及热质交换原理与设备；热工测控模块包括自动控制原理、建筑环境测试技术及建筑设备自动化；流体力学模块包括流体力学与流体输配管网[3]。将同一模块的课程放在相邻的学期开设，在教学过程中充分阐明同一模块的课程之间的内在联系，使学生从整体的角度掌握该模块的知识，学到的不再是缺乏联系的零碎知识[3]。

2.2 拓宽专业口径

建筑环境与能源应用工程专业的口径在原建筑环境与设备工程专业的基础上进一步拓宽。为了与注册公用设备工程师（暖通空调）执业资格专业考试所要求的知识结构相适应，除供热、通风、空调及制冷的专业课程外，还可以开设建筑节能、消防工程、给水排水工程、燃气供应、冷库及绿色建筑等方面的课程或学习内容。考虑到会有一些毕业生从事建筑设备及其工程的市场营销工作，我院还开设了《建筑设备营销》和《招投标文书写作》的选修课。这样可以拓展学生的专业视野，增强学生在就业市场上的适应能力。

2.3 适应地方经济建设对本专业应用型人才的需求

应用型本科教育应立足地方，服务地方经济建设。为了使我院建筑环境与能源应用工程专业毕业生更好地适应南方地区对该专业的人才需求，在制订人才培养计划时有意识地强化“空调制冷”和“楼宇自动化”的内容。适当增加了相关课程的授课时数，在教学中还增加了“空调制冷新技术”、“制冷机故障分析和维修”、“冷藏冷冻技术”、“建筑设备自动化”及“智能建筑”等方面的内容。从实践效果来看，学生对这些内容的学习兴趣较高，毕业设计中有大部分学生的选题是空调制冷方面的内容。

3 建设“双师型”教师队伍，强化实践教学环节

实践教学是培养应用型本科人才的重要环节，教师队伍是培养应用型本科人才的关键。为了提高实践教学质量，工程类应用型本科教育要求教师不但要具有丰富的理论知识，而且还应具备丰富的工程实践经验，教师应将生产建设的知识和能力吸收内化，并能有效的再现，传授给学生。因此，应结合应用型本科人才培养的特点建设一支具有较高教学水平和工程实践经验的“双师型”教师队伍。

要建设“双师型”教师队伍，可以有计划地安排教师到企事业单位进行专业实践和现场考察，支持教师参加产学研结合，参加专业实践能力培训，丰富教师的工程实践经验。我院建筑环境与能源应用工程专业有近一半的教师曾经在企业从事相关技术工作，有3人具有注册公用设备工程师执业资格或高级工程师职称，具有较丰富的实践经验。同时还从相关企业、设计院聘请了两位高级工程师担任兼职教师，指导学生的毕业设计和实习。为了满足实践教学的需要，已经建立了工程设计、运行管理、工程施工方面的8个校外实习实训基地，邀请这些实习基地的行业内专家参与指导学生实习、实训。与一些企业签订产学研合作协议，教师为企业提供技术研发服务，企业为我院提供实践教学场地，形成教学、生产和科研三个层次为一体的综合性实习实训基地。

4 改革教学方法

许多工程问题都是综合性的，综合分析并解决实际问题的能力是一名工程师必备的能力。为了提高学生分析问题和解决问题的能力，有必要改革教学方法。启发式、互动式教学要求教师积极引导学生主动参与教学过程，并能相对独立地进行学习，对教师的教学能力、综合素质和知识面提出了更高的要求。启发式教学没有固定的教学格式和环节，结合我院学生的实际情况，在教学实践中采用了多媒体教学、现场教学、研讨教学、案例教学和情景教学等方式。改变传统的单一由教师课堂讲授的形式，由教师讲授基本知识与原理，对于更深层次的问题，通过对成功或疑难的工程案例进行分析与讨论，引导学生去思考和发现问题，并探讨解决问题的对策。这样可以加强教与学的互动性，提高学生分析问题和解决问题的能力。

以空调和制冷技术的教学为例，空调制冷技术是应用性很强的技术，其教学过程应密切联系实践。有的学生理论考试可以得高分，在空调制冷机房实习时，却连哪根管子是冷冻水管、哪根管子是冷却水管都分不清，有的学生把离心风机认作是轴流风机，诸如此类的现象与培养应用型本科人才的宗旨都是背道而驰的。我院在这两门课的教学过程中采用课堂教学与现场教学相结合的方式，调动学生的学习积极性，增强学生的感性认识，加深对授课内容的理解。同时，联系一些工程实例，结合所讲授的知识分析其特点和不足之处，并组织学生进行课堂讨论，鼓励学生提问题。

在课程设计和毕业设计中，为了训练学生综合解决工程问题的能力，给出一个综合性较强的设计题目，要求学生去查资料和各种规范，分析设计中出现的问题，综合各种技术手段来提出设计方案，并完成计算、制图、撰写报告等工作。这些训练可以使学生在工作中遇到实际问题时能够综合分析问题，找到解决问题的最优方案。应鼓励学生课程设计和毕业设计敢于创新，大胆应用新技术。对于一些优秀的学生，可以引导他们参与指导教师承担的科研项目，协助老师解决技术研发中的一些具体问题，培养自己的技术创新能力。

5 结语

湖南工程学院建筑环境与能源应用工程专业在应用型本科人才综合素质培养方面进行了一些探索，在课程建设、教学方法及实践教学等方面提出了一些改革措施。应用型本科人才综合素质培养是一项复杂的工作，我院建筑环境与能源应用工程专业的教改措施仍存在不完备之处，有待随着专业教学改革的推进而不断完善。

参考文献

[1] 高等学校建筑环境与设备工程学科专业指导委员会.高等学校建筑环境与能源应用工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

流体力学在消防中的应用范文第3篇

本文在探讨酒店中庭防火设计时，采用比较分析和案例分析等方法，结合苏州凯悦酒店超高中庭的工程实例展开讨论，理论联系实际，规范结合案例。苏州凯悦酒店位于苏州工业园区，酒店主楼平面呈A字型，地下2层，地上25层，建筑高度99.8m，其中庭贯通地上全部楼层。鉴于酒店中庭的特殊性，其防火设计除了耐火等级、平面布置、建筑构造以外，尤其需要重点关注的是防火分隔、火灾探测、自动灭火、烟气控制等方面带来的重大挑战。

1．中庭与周围连通空间的防火分隔

酒店中庭作为一个上下层连通的共享空间，若不进行防火分隔，防火分区面积按上、下层相连通的建筑面积叠加计算，叠加计算后的建筑面积往往会超过规定的防火分区最大允许建筑面积，因此需要对酒店中庭进行水平和垂直的防火分隔。垂直防火分隔最为直接的就是利用结构楼板进行分隔，即以层间楼板分隔成若干防火分区。水平防火分隔是在中庭开口部位采取甲级防火门窗、复合防火卷帘、A类防火玻璃等进行有效分隔。房间与酒店中庭回廊相通的开口部位设置火灾时能自行关闭的甲级防火门、窗。与酒店中庭相通的过厅、通道等设置火灾时自动关闭或降落的甲级防火门和复合防火卷帘进行防火分隔，主要起防火、防烟分隔作用。[2]防火门平时保持开启状态，火灾时通过自动释放装置自行关闭，以利兼顾防火分隔和人员疏散的双重功能；防火卷帘的耐火极限大于3h，且符合推荐性国家标准《门和卷帘的耐火试验方法》（GB/T7633-2008）等有关耐火完整性和耐火隔热性的判定条件，并具有防烟性能和信号反馈等功能。酒店中庭与周围连通空间采用防火隔墙进行防火分隔时，其耐火极限不低于1h；采用A类防火玻璃进行防火分隔时，防火玻璃与其固定部件整体的耐火极限亦不低于1h。中庭回廊与酒店中庭之间设置挡烟垂壁，从顶棚下凸出不小于0.5m，每个防烟分区面积不超过500m2。

2．火灾探测及自动灭火系统

酒店中庭的灭火方式一般有边墙覆盖快速响应喷淋、消防水炮、智能射水器等。消防水炮一般用于机场、火车站、体育馆等人员众多的高大空间。酒店运营时中庭区域人员数量相对较少，中庭灭火系统采用流量适中、小巧灵活的智能射水器，可以克服消防水炮压力较大、可能影响人员安全疏散的负面因素。中庭智能射水器设独立控制系统，并自带火焰探测、扫描定位装置。智能射水器就近接入喷淋主干管，设计灭火时间不小于1h，用水量单独考虑并计入消防总用水量，其安装位置和间距确保覆盖整个酒店中庭，保证无灭火盲点。用于超高酒店中庭的火灾探测主要有吸气式感烟探测、反射光束感烟探测、图像对射感烟探测、普通光束对射探测、光电火焰探测、图像火焰探测等方式。苏州凯悦酒店中庭从首层一直贯通到屋面，中庭高度达到99.8m，且中庭屋顶设有采光顶棚。正常空调情况下，中庭室内温度在高度方向上呈现不一致性，尤其在夏季更不均匀。一般而言，中庭内的温度随着高度的增加而增加，出现“热障”现象。中庭地面火灾在初期或阴燃阶段，由于火灾规模小，烟羽流温度低、热浮力小，加上烟羽流不断卷吸周围冷空气而逐渐冷却，上升过程中遭遇“热障”失去热浮力后在某一高度悬浮，形成烟气“层化”现象，影响超高酒店中庭的火灾早期探测，为此在高度方向上分层设置红外光束感烟火灾探测器，并满足线型火灾探测器的设置要求。

3．中庭机械排烟系统酒店中庭独立设置

机械排烟系统，在中庭回廊与酒店中庭之间设置挡烟垂壁防止烟囱效应，进行防烟分区分隔，中庭回廊另设机械排烟系统，即在酒店中庭和中庭回廊分别设置机械排烟系统。采用这种看似保守的消防措施，主要是考虑最大限度地避免烟气在酒店中庭与中庭回廊之间相互蔓延。利用酒店中庭首层直通室外或间接通向室外的门作为自然补风口，与中庭顶部的排烟口一起组织烟气排放，防止烟气从回廊栏板与挡烟垂壁间侵入中庭各楼层。酒店中庭顶部3层（23～25层）采用A类防火玻璃进行防烟分隔，与中庭顶棚共同围合形成一个13m高的大型储烟空间，在凸出屋面的储烟仓侧壁设置机械排烟口。设储烟仓可以给客房层、尤其是高位客房层提供更长的火场耐受时间，以利酒店客人安全疏散。

4．装修材料和家具的燃烧性能

酒店中庭连通部位的顶棚、墙面采用A级装修材料，其他部位采用不低于B1级的装修材料。挡烟垂壁的主要作用是减缓烟气的扩散和蔓延，提高防烟分区的蓄烟能力和排烟口的排烟效果，因此其装修材料采用A级装修材料。中庭照明灯具的高温部位，若靠近非A级装修材料时，采取隔热、散热等防火保护措施，灯饰所用材料的燃烧性能等级不低于B1级，灯饰亦至少选用B1级材料。为有效控制火灾荷载，酒店中庭区域的桌椅沙发和艺术陈设品等的燃烧性能等级均不低于B1级。

二、确定火灾规模和火灾场景

火灾模拟软件能够将实际消防安全工程中的一系列物理参数和设施，如火场温度及速度、火源、火灾探测器、排烟风机、挡烟设施、喷头等建立在火灾模型中，并在模拟时让它们再现实际火灾中的动作时序，与真实火灾的相似性很高。利用火灾模拟软件进行数值模拟时，需要输入火灾规模和火灾场景作为火灾模拟的给定条件，模拟结果能实现可视化输出，还能以“热电偶”探测的方式通过Excel表格输出，来进行较为深入的量化分析。

1．设定火灾规模实际

上火灾不会立即达到稳态火灾的最高热释放速率，通常着火后有一个发展过程。火灾的发展可以看作是时间的函数，发展火灾又称“时间平方火灾”，快速发展火灾通常适用于酒店等火灾场景。在火灾模型中，从火灾发生到设定的火灾规模这段期间呈现时间平方火灾状态，火灾达到设定的火灾规模峰值后将保持不变。自动喷水灭火系统是有效的主动消防设施，具有安全可靠、经济实用、灭火成功率高等优点。通常将喷淋系统启动时的火灾热释放率作为最大火灾规模（即喷淋启动后，火灾规模将保持不变），并考虑火灾探测、报警和排烟系统的延迟。酒店火灾燃烧物质中危害最大的工程塑料，其主要原料有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚亚氨酯等。工程塑料燃烧热量大、产烟率高，综合评估后确定酒店中庭火灾的燃烧热为20MJ/kg，发烟率为0.05，作为火灾模拟软件的输入参数。

2．火灾场景设计参考

上海市工程建设标准《建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2006）的相关规定，将未受自动灭火系统保护和受自动灭火系统保护的酒店中庭设计火灾分别确定为4MW快速时间平方火灾和1MW喷淋控制条件火灾。酒店各楼层伸入中庭范围的功能区域，由于受到智能射水器灭火系统的保护，加之提高酒店家具的燃烧性能等级，如果发生火灾，其烟气蔓延形式与中庭回廊火灾相似，均为阳台型烟羽流类型，由于面积较小容易扑灭，此场景可不进行火灾模拟。综上，酒店中庭最不利的火灾场景是中庭地面火灾，消防顾问采用FDS火灾模拟软件模拟了2个火灾场景：一是中庭地面4MW快速发展火灾，轴对称烟羽流，燃烧热20MJ/kg，发烟率0.05，通过火灾模拟验证中庭机械排烟的实际效果；二是中庭地面1MW快速发展火灾，轴对称烟羽流，燃烧热20MJ/kg，发烟率0.05，小型火灾容易产生“烟气”层化现象，模拟此火灾场景就是为了验证小型火灾情况下中庭实际的机械排烟效果。

三、FDS火灾模拟及模拟结果

FDS软件由著名的美国国家标准与技术研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）开发，是计算流体力学软件的一种，专门从数值计算方面解决一系列有关热驱动、低速流动的Navier-Stokes方程，适用于火灾导致的热烟传播和蔓延的数值模拟，FDS利用大涡流流体力学模型（LargeEddySimulation，LES）来模拟火场流体的紊态流动。

1．酒店中庭火灾模拟

苏州凯悦酒店中庭采用机械排烟，在屋顶设置机械排烟风机，沿中庭顶棚四周侧面均匀布置机械排烟口，排烟口采用常闭百叶形式，火灾时联动打开。结合上海市工程建设标准《建筑防排烟技术规程》（DGJ08-88-2006）中有关4MW火灾规模和清晰高度的概念计算方法，并结合国家2005年版《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）有关中庭换气次数的常规计算方法，考虑到机械排烟口的不同位置对中庭烟气运动有较大影响，通过模型试算对中庭机械排烟口的位置进行优化选取，初步确定模型中的总排烟量为50万m3/h，在模型中设置8个机械排烟口，即模拟在酒店屋顶布置8台机械排烟风机，每台机械排烟风机的风量为6.2万m3/h。补风则主要通过首层直通室外或间接通向室外的门，如酒店入口及首层疏散外门等，共考虑补风面积20m2。

2．中庭地面4MW火灾模拟结果

从中庭地面4MW火灾温度竖向剖面切片图来看，在600s内，大部分烟气温度未超过60℃；同时，从中庭地面4MW火灾能见度切片图（二十二层地面以上2m水平面）来看，火场可提供酒店内最不利楼层—二十二层酒店客人（23～25层中庭回廊与酒店中庭之间设有全封闭的防烟分隔）的安全疏散时间不小于600s。由于中庭烟气首先危及较高的客房楼层，模拟结果显示较高楼层的酒店客人拥有足够的安全疏散时间进入同层的安全出口（防烟楼梯间）。

3．中庭地面1MW火灾模拟结果为分析

小型火灾可能产生的烟气“层化”现象，又对中庭地面1MW火灾进行了模拟，模型输入参数中除火灾规模调整为1MW，其他所有输入参数及FDS整体模型均未变化。在中庭地面1MW小型火灾场景下，虽然烟气上升速度要比4MW火灾慢，且易产生烟气“层化”现象，但小型火灾本来产烟就较小，而高大中庭对烟气的稀释效果又较好，再加上自动灭火系统的及时启动和围护结构的吸热作用（约吸收1/3热量），使酒店中庭及中庭回廊区域的烟气温度降低、能见度提高。从模拟结果看，提供给酒店客人安全疏散的时间不小于1200。考虑到中庭地面酒店家具等影响人员安全疏散的不利因素，模拟结果表明酒店首层人员同样拥有足够的安全疏散时间从安全出口（疏散外门）离开火场。

四、结论和建议

1．结论人员安全疏散

所需的时间由探测时间、延迟时间和行动时间三部分组成。一般情况下，感烟探测器响应时间小于30s，考虑酒店内工作人员向消防控制中心报警的方式，探测时间为60s。参考公安部2009年《建设工程消防性能化设计评估应用管理暂行规定》，客房内设带蜂鸣器（床头处75dB）的感烟探测器，酒店客房和中庭回廊均设消防广播，延迟时间（消防报警时间、人员识别及反应时间）为120s。消防顾问采用Pathfinder疏散软件对客房层人员疏散的模拟结果显示，客房层酒店客人全部疏散到本层防烟楼梯间的时间为92s，考虑1.5倍的安全系数后为138s，再加上60s探测时间和120s延迟时间，客房层酒店客人疏散至本层安全出口的所需时间为318s，小于600s安全疏散时间。根据对中庭地面4MW快速时间平方火灾和1MW喷淋控制条件火灾的模拟结果，中庭地面4MW和1MW火灾场景下，火场允许酒店客人安全疏散的时间分别不小于600s和1200s。对比防火设计提供的人员安全疏散时间和酒店客人疏散所需的逃生时间，酒店中庭50万m3/h的机械排烟量可以为酒店客人，特别是为储烟仓下最不利的二十二层的酒店客人提供了宝贵的火场逃生窗口时间。而且此排烟量已相当于酒店中庭和中庭回廊总体量的6次换气次数，相比规范要求的4次换气次数具备一定的安全冗余。酒店中庭下部设置自然补风，中庭顶部排烟口均匀布置，每个排烟口的风速不大于10m/s，中庭机械排烟系统的排烟效果良好。

2．具体建议

流体力学在消防中的应用范文第4篇

关键词：闭式自动喷水――泡沫联用系统；地下车库；系统原理；设计计算；技术措施

中图分类号：TU926,TU972+．4

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2006)04-0034-02

收稿日期；2006-04-19

作者简介：石磊(1973-)，男，中华人民共和国注册咨询工程师(投资)；谢晓晴(1973-)，女，中南大学土木建筑学院消防工程专业博士在读，中南大学土木建筑学院讲师。

1 引言

随着大型地下车库的增加和修订后的《自动喷水灭火系统设计规范》的实施，闭式自动喷水――泡沫联用系统的应用前景越来越广阔。在此，笔者将自己在设计工作中的一些想法和做法提出来，供广大同仁探讨。

2 系统选择

传统意义上的泡沫喷淋系统是一种开式系统，采用的喷头形式有吸气式和非吸气式两大类。吸气式喷头是一种专用的泡沫喷头，其额定工作压力较高，一般为0.30MPa，所以该系统在使用时需要较高的供水压力；非吸气式喷头可采用现有的水雾喷头代替，其额定工作压力相对较低。但无论采用哪种喷头，作为一种开式系统都需要较大的泡沫液用量和消防水量。且该系统和水喷淋灭火系统不便于结合使用，在民用建筑中采用不广泛。

闭式自动喷水――泡沫联用系统在性能上弥补了自动喷水灭火系统和泡沫喷淋系统的不足。该系统有别于一般的自动喷水灭火系统和传统意义上的泡沫喷淋系统，它集自动喷水和泡沫喷淋于一体，是一种有效的、合理的固定式自动灭火系统。在修订后的《自动喷水灭火系统设计规范》中已经明确规定了闭式自动喷水――泡沫联用系统的设计基本参数和规定。

鉴于闭式自动喷水灭火系统已经被大量采用于地下车库和其他高层大型建筑，而闭式自动喷水――泡沫联用系统是在闭式自动喷水灭火系统中设置可供泡沫混合液的设备，成为可喷水也可喷泡沫的固定灭火系统，和水喷淋系统便于结合使用。因此，本工程采用闭式自动喷水――泡沫联用系统有利于减小泡沫液的储量，节省投资。

3 系统作用原理简介

闭式自动喷水――泡沫联用系统的工作原理(见图1)为：当闭式喷头的玻璃球因火灾而爆破后，系统管网内的水向爆破喷头流动(湿式报警阀同时被打开，从报警口流出的水经延时器延时后驱动水力警铃报警)，安装于支管上的水流指示器将水流信号传输到灭火控制器，延时器计时，延时期满后，控制器向电磁阀发出开启指令，打开电磁阀，泄压控制阀因隔膜室泄压而开启，释放泡沫储罐内处于受压状态的泡沫灭火剂，泡沫灭火剂经管道流向比例混合器，并在比例混合器内与压力水按一定的比例混合形成泡沫液流向喷头，通过已爆破的喷头实施灭火。系统配有应急电源，防止意外断电，同时还配有应急启动球阀，当电磁阀失效时，可用应急阀门开启泄压控制阀，从而释放泡沫液。

系统可以通过消防控制中心的灭火控制器对电磁阀的开关进行转换，则可产生泡沫喷淋一自动喷水一泡沫喷淋一自动喷水交叉灭火的效果。电磁阀常开时系统等同于泡沫喷淋系统，电磁阀常闭时系统等同于自动喷水灭火系统。

4 系统设计计算

由于泡沫浓缩液与水混合后的液体在流体力学特性上与普通自来水几乎相同，因此闭式自动喷水――泡沫联用系统的管道水力计算可同普通水一样，本文就略过管网水力计算，主要介绍自动喷水――泡沫联用系统独特的用量和选型计算。

4．1按《低倍数泡沫灭火系统设计规范》GB50151-92(2000年修订版)提供的公式，扑救一次火灾的泡沫混合液设计用量：

M2=A2・R2・T2

式中：M2――扑救一次火灾的泡沫混合液设计用量

A2――系统的保护面积

R2――泡沫混合液供给强度

T2――泡沫混合液连续供给时间

汽车库属中危险Ⅱ级，作用面积A2=160m2；泡沫混合液供给强度R2=8L/(min・m2)；泡沫混合液连续供给时间T2=10min。计算得：扑救一次火灾的泡沫混合液设计用量M2=12800L。

4．2泡沫罐容积计算：

V＝k・c・M2

式中：V――泡沫罐有效容积

k――安全系数

C――混合比

M2――扑救一次火灾的泡沫混合液设计用量

在本工程中：安全系数k取值7．15；考虑到目前汽车均要求使用无铅汽油，取混合比c值为6％，M2=12800L。计算得：V=883L，设计选用?000L泡沫罐。

4．3比例混合器选型：

由于《自动喷水灭火系统设计规范》规定：闭式自动喷水――泡沫联用系统应在流量等于千口大于4Us时符合水与泡沫灭火剂的混合比规定，因此最小流量选择4Us。系统最大流量不超过32L/s，自喷干管公称管径DNl50。根据以上要求，选择混合液流量4Us―32Us，混合比6％，公称管径DNl50的比例混合器。

5 为保证系统灭火效果采取的技术措施

《自动喷水灭火系统设计规范》规定：湿式系统自喷水至喷泡沫的转换时间，按4Us流量计算，不应大于3min。也就是说，比例混合器后端的管道总容积不能大于720L(4x60x3)。为了达到这一要求，笔者将地下车库和车道分成若干个保护区，用若干个比例混合器和控制阀组并联分别供给泡沫混合液。并且，将较远保护区的比例混合器设在分区配管的末梢，减少了比例混合器后端的管网容积。

另外，普通的空气泡沫液不适用于该系统，应采用水成膜泡沫液(AFFF)。因为这种泡沫不象普通的空气泡沫液那样需要吸入空气后发泡，然后覆盖燃烧物的表面，它具有迅速和容易发泡的能力，可应用于一般无吸气装置的水喷淋设备。水成膜泡沫液在灭火过程中，其泡沫层析出的水份能在燃烧物的表面形成水膜，该水膜中含有氟碳表面活性剂，使其具有良好的流动性，从而快速控制火势，扑灭火灾，同时，它还具有较长时间的封闭性能和抗火焰复燃的优点；再者，水成膜泡沫的贮存时间较长，有资料证明：即使达15a以上，经测试，证明其灭火性能仍有效。而且，对水成膜泡沫来说，泡沫混合液的配制可用淡水，而使用了水成膜泡沫液的闭式自动喷水――泡沫联用系统也可采用闭式喷头。现在水成膜泡沫已普遍被人们了解，并已广泛使用，因此，地下车库采用闭式自动喷水――泡沫联用系统应选用水成膜泡沫液(AFFF)。

参考文献：

[1]自动喷水灭火系统设计规范．GB50084-2001(2005年版)[S]．中国计划出版社．

[2]低倍数泡沫灭火系统设计规范．GB50151-92(2000年修订版)[S]．中国计划出版社．

流体力学在消防中的应用范文第5篇

关键词：流体输配管网；专业基础；课程；教学

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）11-0099-02

原供热通风与空调工程专业在国家专业目录调整后，成为建筑环境与设备工程专业。《流体输配管网》课程则是在新专业培养方案中构建的新课程，是调整后的建筑环境与设备工程专业的一门专业基础课程。该课程是将原有教学体系中的《空调工程》、《燃气输配》、《通风工程》、《供热工程》、《建筑给排水》、《锅炉及锅炉房设备》、《建筑消防工程》、《工厂动力工程》等课程中的管网系统水力计算抽出，经提炼后与“流体力学泵与风机”中的泵与风机部分进行整合、充实而成的一门课程。作为专业基础课，该门课程向来被认为是讲授的难点与重点。通过专业基础课程的设置，可加强并拓宽学生的专业基础知识，为学生向多个专业方向拓展打下基础。《流体输配管网》课程的教学效果直接关系到学生对专业基础课程重要性的认识，并将影响到后续的专业课学习。在课程教学实践中如何提高学生学习兴趣，合理组织教学是值得教师探讨的问题。

从身边的工程实例出发，增强学生的感性认识

《流体输配管网》讲述建筑设备工程中各种流体输配管网的水力特征、工作原理和水力计算方法，以及与管网配套的动力源——泵与风机的基础理论和选配方法。在学习过程中要联系具体的工程管网，要求学生对实际的管网有基本了解。但是《流体输配管网》的教学一般是安排在专业基础课之后进行，这时学生虽已进行认识实习，但对专业的了解仍很粗略，对实际管网的了解也很模糊。这使得学生在学习过程中，不能从系统的高度把握流体输配管网的功能、组成，并直接影响学习兴趣。

在教学中，教师应积极引导学生联系自己身边的建筑，从管网系统要完成的功能出发，分析需要解决的工程问题，由学生归纳出系统的组成和特征。例如，讲到热水供暖系统时，就从教室里的散热器开始，一步步揭开隐藏在建筑内各个系统的形式及组成，也可从居家住宅可能遇到冷热不均的情况出发，引出对管网热平衡和调节的思考。在讲到集中供热时，可让学生分析我校的情况，从中得到对水力工况相关的认识，并分析在集中供热供冷中要考虑的问题。在教学中，必须结合工程实际进行分析引导，使学生有饱满的学习热情。在教学中还可引出一些在本课程中仍无法解决，但对工程实际非常重要的问题，使学生对后续的专业课学习充满期待，培养对本专业的兴趣。

运用所学的基本知识，解决实际工程问题

有这样一个工程实例：某地下室有两处竖井通向地面，地下室中摆放着冷设备和热设备。现地下室中散热设备所产生的热量及室内的污浊气体不能较好地散出地下室。让学生以工程师的身份为甲方提供方案，使散发的热量及污浊气体得以消除。

学生接到问题后积极思考，运用刚刚学过的气体管流的水力特征及工作原理，提出了各种各样的解决方案：（1）移动冷、热设备，把冷设备全部移动至一竖井下，把热设备移动至另一竖井下。（2）还是移动冷、热物体，冷热物体间隔摆放。（3）冷、热设备不移动，在地下室中间再掘一通风竖井。（4）冷、热设备不移动，在一竖井中设置送风机，另一个竖井中设置排风机。（5）冷、热设备不移动，只在一竖井中设置排风机。如图1所示。上述方案中除了方案（2）无明显效果外，其他方案对排除地下室内多余热量及污浊气体都有一定的作用。且各方案都有自身的优缺点：有的方案只需移动设备就可产生效果；有的方案增加了造价，但是可以不移动大型设备；有的方案不用移动设备，需安装风机，增加了运转费用，但可控制通风效果。方案各有优劣，若要适合甲方的要求及工程实际需要，需通过技术经济分析来确定。通过解决这类灵活的问题，开阔了学生的视野，锻炼了学生综合运用知识的能力。

改革教学手段，提高教学效果

《流体输配管网》内容繁杂、知识点多、实践性强，并且有很多系统示意图，如果采用传统板书的方式，教师在黑板上画图会占用原本有限的课时，也很难用传统的方式讲清、讲透，效果不佳。采用多媒体教学，充分利用CAI课件的动画、声音等媒体文件去演示系统的流程，可调动学生的积极情绪，吸引学生的注意力，从而增强学生对抽象事物与过程的理解与感受，以提高教学效果。在多媒体教学中，应注意以下几点：（1）在介绍系统组成时，尽量采用现场拍摄的工程系统照片和厂家的设备实物图片。因为有些系统和设备学生有可能在生产实习中见过，并留下了印象，但对其功能并无太深的认识。采用实例和实物教学，能较好地吸引学生的注意力，使其重温实习时所遇到的困惑，从而使学生自觉地将课堂学习与生产实际联系起来。（2）在讲述系统功能和流程时，充分应用动画，并用颜色变化表示系统中流动工质的状态变化，这样可使学生形象地理解管网在流体输配、能量输配方面的重要作用。（3）在讲述强调分析过程和步骤的内容，如管网压力分布和水力工况分析时，可以在讲述分析原则的基础上，将分析过程动态显示出来，使复杂的分析过程一步步深入。配以公式及文字说明的动态分析过程将课程的难点逐步分解，学生理解起来就会容易许多。

另外，在教学时应发挥学生的主动性，活跃课堂气氛。在课堂教学中，首先应从工程实际中引出问题，其次让学生提出解决方案，教师适时引导，最后以学生总结的方式来激发学生的主动性和强烈的求知欲。在管网调节中泵的串联并联内容教学中笔者采取这种方法，获得了较好的教学效果。

改进教材的不足，补充部分内容

目前所用教材是在专业更名之后编写的教材。由于编写时间短，使用时间不长，教材内容难免存在各种问题。教材中缺乏需要用的各种数据表，例如，在管网水力计算中，需要用到各种管件的阻力系数表、各种设备的阻力表、热水采暖系统的水力计算表、供热管网水力计算表、重力循环附加作用压力表、水的密度表、泵与风机的性能参数表等，教材中都未见到。因此，教师只能自己归纳整理成册，分发给学生。教材中对调节阀的讲述，对阀本体构造介绍较多，而对现今使用的调节阀门又缺乏介绍。教师自己可以增加内容，加以介绍。现在分户热计量系统在民用住宅建筑中广泛使用，教材中却没有任何关于分户热计量采暖系统的水力计算内容；目前热水地板辐射采暖技术广泛应用于西部地区，其水力计算方法与之前散热器采暖有许多不同之处，本教材中没有任何提及，都需要补充相应内容。因此，在教学过程中必须适时补充新内容，紧跟时代步伐，才能使学生学有所用，适应社会发展。

《流体输配管网》是将原供热工程、通风工程、空气调节、燃气输配、建筑给排水等专业课中具有共性的部分提炼出来而形成的一门新的专业基础课程，其特点是专业基础知识覆盖面广，涉及管网种类多，内容繁杂、而学生又缺少具体的专业知识支持。共性的知识点多、方法复杂、思维抽象，学生不易理解，从身边实际工程出发，引导学生学习工程知识，再通过学到的专业基础知识，去解决工程实际问题，能够极大程度地激发学生的求知欲及自豪感。配合多媒体教学，可避免专业基础课的抽象性，使学生对复杂管网的理解变得更加容易。

参考文献：

[1]傅祥钊，肖益民.流体输配管网[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]张健，张金萍，李炎.建筑环境与设备工程专业系统性生产实习模式探索[J].职业教育研究，2008（9）.

[3]张健.情景模拟教学法应用于建环专业毕业设计环节的研究[J].甘肃科技，2013（9）.