第六章 建筑火灾烟气流动

火灾时产生的烟气的浓度，一般取决于火灾房间 的燃烧状况。为了研究各种材料在火灾时的发烟特 性，有人在恒温的电炉中燃烧试块，把燃烧所产生 的烟集蓄在一定容积的集烟箱里，同时测定试块在 燃烧时的质量损失和集烟箱内烟气的浓度，将测量 得到的结果列于表6.1中。 2）建筑材料的发烟量与发烟速度 各种建筑材料在不同温度下燃烧时，其单位质量 所产生的烟气量是不同的。 除了发烟量外，火灾中影响生命安全的另一重要 因素就是发烟速度，既单位时间内单位质量的可燃 物燃烧时的发烟量。
2）火灾紊流 火灾紊流的上升烟流量，对烟层下降有较大影响 的紊流区段，在高度Z处紊流质量流量m表示为：
m Cm (
2 a g
c p Ta
)1 / 3 Q 1 / 3 Z 5 / 3
m Cm (
2 a g
c p Ta
)1 / 3 Q 1 / 3 ( Z Z 0 ) 5 / 3
式中：Ta——周围的温度，K； cp——空气比定压热容，kJ/(kg•K)； Z0——假设点热源位置，m； Cm——试验常数，在空气未紊乱的空间，可 取Cm=0.21，当周围空气紊乱时，此 值会增大。
1 2 1 2 v1 p1 gZ1 v2 p 2 gZ 2 2 2
式中：v——气流速度，m/s； Z——从基准面算起的高度，m； p——高度Z处的绝对压力，从外部垂直作 用于流管的断面，Pa.。
2）连续方程式 流体流动时，沿流向质量守恒，流动是连续的。 在总流中选取1-1,2-2断面，则可得出反映两断面间 流动空间的质量的连续性方程：
3）能见距离 研究表明，烟气的减光系数Cs与能见距离D之积 为常数，用C表示，其数值因观察目标的不同而不同。 例如，疏散通道上的反光标志、疏散门等C=2~4； 对发光型标志、指示灯等，C=5~10。 2~4 反光型标志及门的能见距离D： D
Cs
4）烟气的允许极限浓度 为了使火灾中人们能够看清疏散楼梯间的门和疏 散标志，保障疏散安全，要确定疏散时人们的能见 距离不得小于某一最小值。这个最小的允许能见距 离就成为疏散极限视距，一般用Dmin表示。
第6章 建筑火灾烟气流动
6－1 建筑火灾烟气流基本性状
6.1.1火源的火烟流 1）火源上的火焰气流特征 在火源上方形成的上升气流，一般可以分为以下 几个区。 ①连续火焰区，火焰持续存在的区段。 ②间歇火焰区，火焰间歇性存在的区段。 ③紊流区，没有火焰，燃烧气体席卷周围空气而 上升的区段。 而每一区段中心轴上的温度和流速大致如下：
①连续火焰区0.03<Z’<0.08时：ΔT0=800K， v0=6.8Q1/5（Z’）1/2。 ②间歇火焰区0.08<Z’<0.20时：ΔT0= 65（Z’）-1， v0=1.9Q1/5。 ③紊流区0.20<Z’： ΔT0= 24（Z’）-5/3， v0=1.2Q1/5（Z’）-1/3。 Z’值可用下式求得：Z’=ZQ-2/5 式中：Z——火源之上或假设点热源上方的高 度，m； Q——火源发热量，kW； ΔT0——上升气流的中心轴与其周围的温度 差，K； v0——上升气流中心轴处的流速，m/s。
（1）烟气的质量浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子的质量，称为烟气 的质量浓度μs。即 ms
s
Vs
式中：ms——容积为Vs的烟气中所含烟粒子 的质量，mg； Vs——烟气容积，m³ 。 （2）烟气的计数浓度 单位容积的烟气中所含烟粒子的数目，称为烟气 Ns 的计数浓度ns。即
ns Vs
式中：Ns——容积为Vs的烟气中所含烟粒子的 数，个。
建筑防烟设计中，烟气流动的动力，是建筑物内 的气压差，与大气压相比，气压差是很微小的。因 此，假设烟气的密度不随高度而变化，而近似地将 烟气密度看做绝对温度T的函数： ρ=353/T 假设某一基准高度处的绝对压力为p0，离开基准 高度Z上方的一点的压力p为：
p p0 g (Z )dZ
5 ~ 10 发光型标志及白天窗的能见距离D：D Cs
对于非固定人员集中的高层旅馆、百货大厦等建 筑物，其疏散极限视距要求较高，一般Dmin=30m； 对于内部基本上是固定人员的住宅楼、教学楼、生 产车间的的疏散极限视距要求满足Dmin=5m。 所以，要看清疏散通道上的门和反光型标志要求 烟气的允许极限浓度Cs，max规定如下： 对于熟悉建筑物的人：Cs，max=0.2~0.4m-1，平均 取0.3m-1； 对于不熟悉建筑物的人：Cs，max=0.07~0.13m-1， 平均取0.1m-1； 5）烟气的密度与压力 即使非常浓的烟气，与同温同压的空气的密度相 比，差别很小，因而可近似地认为烟气的密度与空 气的密度相同。
1Q1 2 Q2
1v1 A1 2 v2 A2
式中：Q——气体体积流量，m³ /s； A——断面积，㎡。 6.2.2压力差和中性面 6.2.3开口处的烟气流动 6.2.4门口处的烟气流动
（3）烟气的光学浓度 当可见光通过烟层时，烟粒子使光线的强度减弱。 光线减弱的程度与烟气的浓度呈函数关系，光学浓 度就是由光线通过烟层后的能见距离求出减光系数 Cs来表示的。
I I 0 e Cs L
Cs
1 I0 In L I
式中：I——有烟气时光源处的光线强度，cd； Cs——烟气的减光系数，m-1； L——光源与受光体之间的距离，m； I0——无烟气时光源处的光线强度，cd。
3）假设点热源 火源都是有一定规模的，应用式6.2时，在实际火 源位置的下方存在某一假设点，以该点为热源点。 火源高度从该点算起，则计算精度会更高，这一假 设位置距离实际热源位置为： Z’0=1.02D-0.083Q2/5 式中：Z’0——实际火源与假设火源之间的距 离，m； D——火源的直径，m。 6.1.2火灾烟气的性质 1）烟气的浓度 火灾中烟气的浓度，一般用质量浓度、计数浓度 和光学浓度3种方式来表示。
0
z
根据密度不随高度变化的假定，则有： ρ=p0-ρgZ
6－2
烟气流动的基本规律
6.2.1流体运动方程式与连续方程式 火灾中的烟气与空气流动，可以用通风计算的方 法进行计算。 1）流体运动方程式 在分析建筑物内的气体流动时，流体能量守恒， 可用伯努利方程表示。在完全流体的稳定流动中， 取某一流线或流管来分析，有下式成立：