滁州学院土木与建筑工程学院 滁州学院材料与化学工程学院 安徽滁州 239000
摘要:本文旨在讨论火灾模拟中热释放速率对烟气中CO浓度的影响。得出在密闭环境条件下,热释放速率的变化对燃烧产生的CO浓度具有显著影响。当热释放速率为1000kW/h时,房间内的CO浓度最高,随着热释放速率的增大,房间内的CO浓度最高值逐渐升高。
关键词:高校宿舍;热释放速率;火灾模拟;CO浓度
1引言
1.1 研究背景与意义
热释放速率是描述火灾过程的关键参数之一,它反映了火灾中能量释放的速率和大小[1]。在火灾中,热释放速率的大小直接影响到火势的发展速度、火场的温度分布以及火灾的持续时间,因此,对于火灾的预防和控制具有重要的指导意义[2]。
一氧化碳是一种无色、无味、无臭的有毒气体,在火灾中由于燃烧不完全,大量的一氧化碳会被释放出来。一氧化碳的毒性主要表现在与血液中的血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,导致人体缺氧,进而造成窒息、中毒甚至死亡[3]。因此,研究火灾中一氧化碳的浓度变化规律,对于评估火灾的危害程度和制定救援策略具有重要意义[4]。
1.2研究方法与步骤
本文采用建立相关模型研究,设置不同热释放速率的燃烧条件,然后置于密闭环境中进行模拟燃烧,设置烟气高度测点及一氧化碳浓度测点,均为距离模型地面2m处,运行FDS进行模拟火灾得到相关数据。具体步骤如下:
1.确定模型尺寸:本文以高校宿舍进行模拟研究,建立一个合适尺寸的宿舍模型。
2.设置相关测点:按照试验方案设置不同的热释放速率燃烧材料,在2m高度处设置烟气测点,并处于密闭空间下燃烧。
3.运行FDS模拟:运行FDS模拟软件在四种不同热释放速率条件下对模型进行模拟火灾,并得到模拟实验数据。
4.数据处理与分析:对得到的实验数据进行处理和分析,探究密闭环境下热释放速率对一氧化碳(CO)浓度的影响规律。
2试验方案与方法
2.1热释放速率设计
热释放速率(HRR)是指在规定的实验条件下,材料在单位时间内燃烧所释放的热量,通常以“瓦特”为单位。这个参数对于火灾分析至关重要,因为它直接关系到燃烧反馈给材料表面的热量,进而影响材料的热解速度和挥发性可燃物的生成量,从而加速火焰传播。
一般来说,热释放速率越大,材料产生的热量越多;但是随着时间的推移,热释放速率会逐渐降低,火焰传播慢。同时,在门窗紧闭的条件下,热释放速率的影响可能会更加显著,因此根据相关资料,本文选择了250、500、750、1000kW/h四种不同的热释放速率进行研究,燃烧时间为50s。
2.2试验方案
本次试验在密闭空间的条件下对不同热释放速率材料进行模拟燃烧,记录各测点在燃烧至规定时间后的CO浓度并进行分析。
根据相关宿舍资料,制作的宿舍模型为尺寸5×8×3m的模型,之后设置房间内的起火点在密闭环境下进行模拟燃烧。在烟气蔓延至整个房间后,记录此时的烟气中CO浓度值。
3 试验结果与分析
四种热释放速率的CO浓度实验结果如图1所示。从图1中可以看出随着热释放速率的增加导致CO浓度值明显升高,热释放速率为250kW/h时,CO浓度在5s左右时开始增长,在46s时达到最高浓度1mol/mol;在热释放速率为500kW/h时,CO浓度在4s左右时开始增长,在44s时达到CO最高浓度1.9mol/mol,之后烟气内CO浓度开始下降;在热释放速率为750kW/h时,CO浓度在4s时开始增长,在46s时达到最高值2.8mol/mol;在热释放速率为1000kW/h时,CO浓度在3s时开始增长,在50s时达到最高浓度值3.8mol/mol。
图1 不同热释放速率下CO浓度变化
4 结论
本研究通过在密闭环境条件下对不同热释放速率的材料对空气内CO浓度影响进行研究,得出以下结论:
(1)在密闭环境条件下,热释放速率的变化对燃烧产生的CO浓度具有显著影响。当热释放速率为1000kW/h时,房间内的CO浓度最高,随着热释放速率的增大,房间内的CO浓度最高值逐渐升高。
(2)通过对比不同热释放速率房间的CO浓度,燃烧时间越长,热释放速率对其CO浓度产生的影响越大。
参考文献
[1]王自龙,张天航,黄鑫炎.一种基于火灾图像和人工智能的热释放速率计算方法[J].燃烧科学与技术,2024,30(01):69-74.
[2]杨云浩,张国维,朱国庆,等.基于机器学习的火源热释放速率预测方法[J].清华大学学报(自然科学版),2024,64(05):922-932.
[3]尚健雄.基于木竹建筑用主要建材火灾响应特性及其火场模拟研究[D].中南林业科技大学,2022.
[4]妥林,马静.基于pyrosim的高校宿舍火灾模拟研究[J].科学技术创新,2023,(13):29-32.
基金项目:安徽省大学生创新创业训练项目“基于BIM和VR技术的建筑消防安全信息化管理研究”(2023CXXL133);
作者简介:程浩(2002- ),男,汉族,安徽滁州人,滁州学院土木与建筑工程学院