第三章烟气的性质与流动课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,整理版ppt,*,Click to edit Master title style,CAFUC,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,整理版ppt,*,烟气的性质与流动（第三章）,1,整理版ppt,纲要,3.1,烟气的产生与性质,3.2,烟气的遮光性,3.3,烟气的流动,3.4,压力中性面,3.5,烟气的生成速率,3.6,烟气的形成与排烟机理,2,整理版ppt,3.1,烟气的产生与性质,烟气产生的原因（,1,）,燃烧过程中，氧气不足，发生不完全反应,烟气产生的原因（,2,）,可燃物本身的化学性质对烟气的产生具有重要的影响,碳素材料阴燃油污,有焰燃烧灰分、碳颗粒,火灾烟气中的主要成分：,（,1,）可燃物热解或燃烧产生的气相产物（未燃烧气，,CO,CO,2,其它有毒气体等）,（,2,）烟气卷吸的空气。,（,3,）多种微小的固体颗粒和液滴（碳颗粒和水滴等）。,3,整理版ppt,3.1,烟气的产生与性质,烟气的浓度是由烟气中所包含固体颗粒或液滴的多少及性质决定。常用测量方法：,1.,将单位体积的烟气过滤，确定其中颗粒的重量（,mg/m,）。适用于小尺寸试验,2.,测量单位体积烟气中烟颗粒的数目（个,/m),。适用于烟浓度很小的情况,3.,将烟气收集在已知容积的容器中，确定它的遮光性，一般表示为一定的光学密度。适用于小尺寸和中等尺寸的试验,4,在烟气从燃烧室或失火房间中流出的过程中测量它的遮光性，并在测量时间内积分，得到烟气的平均光学密度光性。,4,整理版ppt,火灾烟气中含有多种有毒物质，除了含有一氧化碳、二氧化碳等常见物质外，还含有氮化氢、氰化氢、氟化氢等有毒物质。常见试验方法：,3.1,烟气的产生与性质,一,.,动物实验法,二,.,气体分析法,动物实验法：就是用某些动物代替人类，接受各类化学物质及其不同浓度计量的试验。实验时，将实验动物（小白鼠）暴露于具有特定毒性烟气中一定时间后（一般为,30,分钟），观察试验动物,14,天内体重增减，运动能力以及致死等情况，从而评估烟气的毒性,。,气体分析法：采用化学分析仪器对火灾烟气成分进行测试，分析其毒性，用毒性指数表示烟气的毒性大小。,毒性指数：将烟气中的某种气体的实际浓度与该气体的,30min,致死浓度的比值作为该气体的毒性因子，烟气中,14,种常见有毒气体的毒性因子之和即为该烟气的毒性指数。,14,种常见毒性气体为：二氧化碳、一氧化碳、甲醛、氧化氮、氰化氢、丙烯氰、光气、二氧化硫、硫化氢、氯化氢、氟化氢、溴化氢、氨气、苯酚。,5,整理版ppt,3.2,烟气的遮光性,稳定电源,光源,光敏元件,数据采集系统,L,烟气遮光性测量装置示意图,光的透射率,烟气的光学密度,：,单位长度光学密度,：,减光系数,：,6,整理版ppt,3.2,烟气的遮光性,7,整理版ppt,烟气的发烟能力测试,3.2,烟气的遮光性,NBS,标准烟箱使用方法：将一块,75cm,的试验材料放在燃烧室中，其竖直上方是一个功率固定为,2.5w/cm,的热源，其下方是由,6,个小火焰组成的有焰燃烧阵，这种方法规定，测量结果表示为在本装置内的试验光学密度的最大值。,即：,单位长度的光学密度,V,是试验箱的容积,试样的暴露面积,NBS,标准烟箱,8,整理版ppt,3.3,烟气的流动,3.3.1,烟气的有效流通面积,烟气有效流通面积：是指某一种流体，在一定的 压差作用下流过系统的总的当量流通面积。,1.,并联流动,2.,串联流动,3.,混联流动,9,整理版ppt,并联流动,加压空间,并联出口,10,整理版ppt,串联流动,串联出口,有效流通面积,：,推广,可以得到,n,个出口串联时的有效面积为,：,加压空间,11,整理版ppt,混联流动,加压空间,该图为串并联系统，可见 并联，组合有效流通面积为：,同理，,因此，系统的有效流通面积为：,12,整理版ppt,3.3.2,烟气流动的驱动力,3.3,烟气的流动,烟气流动的驱动力主要包括,：,1.,烟囱效应,2.,燃气的浮力和膨胀力,3.,风的影响,4.,空调系统对烟气流动的影响,5.,电梯的活塞效应,13,整理版ppt,烟囱效应：,通常建筑物的室外较冷，室内较热，因此，室内的空气的密度比外界小，这便产生了使气体向上运动的浮力，高层建筑往往有许多竖井，如楼梯井、电梯井、竖直机械管道等。在这些竖井内，气体的上升运动非常显著，这就是烟囱效应。,正烟囱效应和逆烟囱效应时的气体流动,14,整理版ppt,建筑物中正烟囱效应引起的烟气流动,在正烟囱效应的情况下，低于中性面火源产生的烟气将与建筑物内的空气一起流入竖井，并沿竖井上升，一旦上升到中性面以上，烟气便可由竖井流出来，进入建筑物的上部楼层。如图（,a),所示。,若中性面以上的楼层发生火灾，由正烟囱效应产生的空气流动可限制烟气的流动，空气从竖井中流进着火层能够阻止烟气流进竖井。如图（,b),所示。,若着火层的燃烧强烈，热烟气的浮力克服了竖井内的烟囱效应，则烟气仍可进入竖井继而流入上部楼层。如图（,c),所示。,15,整理版ppt,风的影响,风的存在可在建筑物的周围产生压力分布，而这种压力分布能够影响建筑物的烟气的流动，一般来说，建筑物的外部压力分布受到多种因素的影响，其中包括风的速度和方向，建筑物的高度和几何形状等。,压力的大小与风速关系，即：,为风作用到建筑物表面的压力，为风压系数，空气的密度，,V,为风速,由风引起的建筑物的两个侧面的压力差为：,为迎风墙的压力系数 为背风墙的压力系数,注：缺压力系数图,16,整理版ppt,空调系统对烟气流动的影响,17,整理版ppt,电梯的活塞效应,电梯在电梯井中运动时，能够使井内出现压力变化，这称为电梯的活塞效应。,由活塞效应引起的电梯上方与外界的压差,式中，为电梯井内空气密度，为电梯井的截面积，,V,为电梯的速度，为电梯以上的楼层数，为电梯以下的楼层数，,C,为建筑物缝隙的流通系数，为在每层中电梯井 与外界的有效流通面积，为电梯周围的流体的流通系数，为电梯周围的自由流通面积。,18,整理版ppt,3.4,压力中性面,1.,具有连续开缝的竖井,竖井,为竖井内空气的绝对温度,为外界空气的绝对温度,H,为竖井的高度,19,整理版ppt,具有上下双开口的竖井,为上开口面积,为下开口面积,20,整理版ppt,3.5,烟气的生成速率,为了定量计算烟气的流动，必须知道实际火灾中烟气的生成速率，在室内火灾中，在烟气以浮力羽流形式垂直升起的过程中，不断将空气卷吸进来，烟气的生成速率主要由烟气的羽流卷吸空气的量决定，因此需要建立一定的羽流模型。,常见的羽流模型：,1.,烟气羽流的卷吸速率的理想模型（,morton,taylor,等提出的羽流模型）,2.,若干经验羽流模型：,（,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,21,整理版ppt,烟气羽流的卷吸速率的理想模型：,morton,taylor,等提出的羽流模型,基本假设：,(1).,火源为点源，释放的能量均出自该点源，且此能量全部留存于火羽流之中，忽略火焰对外界的辐射热损失。,(2).,整个羽流之内的密度变化很小。,（,3,）,.,速度、温度和力有着类似的分布形式，并进一步假定速度和温度在羽流横截面上呈高帽状分布，即均为常数。,根据理想羽流模型导出的烟气生成速率公式：,为,Z,处烟气的生成速率，,T,为环境空气温度，为环境空气的密度，为空气比热，,g,为重力加速度，,Q,为火源热释放速率，,Z,为距离火源的高度。,22,整理版ppt,.,Heskestad,羽流模型,基本假设：,（,1,）,.,引入虚点源概念，可适用于面型火源，考虑辐射热损失，以 代替,Q,，其中 表示火源的总热释放速率,Q,的对流部分，一般来说，,=0.7Q,(2).,速度和温度在羽流横截面上呈高斯分布，而不是高帽状分布，更接近实际情况。,（,3,）考虑大的密度差，适用于强羽流的情况。,根据,Heskestad,羽流模型导出火焰上方和下方的烟气生成速率为：,23,整理版ppt,受壁面限制时的羽流模型,李元洲等人研究表明，在高大空间内，火源在墙边和墙角时烟气羽流模型可分别修正为：,24,整理版ppt,3.6,烟气层的形成与排烟机理,烟气层的高度：用烟气层界面距离地面的高度表示，有时也可用烟气本身的厚度表示,25,整理版ppt,烟气层高度计算,目前常用的计算烟气层的高度公式主要有,：,1.NFPA92B,的公式,是由美国消防协会标准提出的公式，假定烟羽流不与壁面接触，且空间横截面积不随高度变化，且为稳定火源时。,t,为火灾燃烧时间，,A,为建筑空间的横截面积，,H,为建筑为空间的高度，,Q,为燃烧释放热速率。,26,整理版ppt,烟气层高度计算,目前常用的计算烟气层的高度公式主要有,：,2.,ISO,的公式,国际化标准组织（,ISO,）提出，假定房间的下部有足够的开口，空气能比较容易的进入室内，分,2,种情况讨论：,1,当安装了机械排烟设施或侧墙设有自然排烟设施，且烟层处于稳定状态时，,2.,当屋顶设有自然排烟设施，且烟气层处于稳定状态时,式中，,Z,为烟气层界面高度，烟气的密度，,V,为排烟的体积速率,为排烟的质量流率,Q,为热释放速率,t,为火灾燃烧时间，,A,为建筑空间的横截面积，,H,为建筑为空间的高度，,Q,为燃烧释放热速率。,27,整理版ppt,烟气层高度计算,28,整理版ppt,烟气层高度计算,29,整理版ppt,通过房间顶棚开口的流动,建筑物与外界相同的开口大体可分为竖直开口和水平开口两类，气体流过这两类开口的机理有所不同。,对于门窗之类的竖直开口，室内热气体和外界冷气体将分别沿开口的上半部流出和下半部流入，上下两区存在方向相反的单向流；,对于水平开口，假设房间下部失火，气体通过开口的双向交换流动的形式复杂多变，冷、热流体之间没有明确的分界面。,30,整理版ppt,通过房间顶棚开口的流动,对于水平开口，压差为,0,时，,Epstein M,试验，由,Froude,数表示体积交换流率。,由图,3.6.4,可以看出，当,L/D,较小时，,Fr,数大致为一常数；当,L/D0.1,后，,Fr,数的增大速率加快，在,L/D,约为,0.6,时，,Fr,达到极大值；之后,Fr,数随着,L/D,的增大而减小。,Epstein,提出，随着,L/D,的增大，流体的交换流率可出现,4,种区段，即振荡交换流、伯努利流、湍流扩散流与伯努利流的混合流、完全湍流扩散流。,31,整理版ppt,通过房间顶棚开口的流动,32,整理版ppt,Thank You!,33,整理版ppt,