水平挑檐限制边界条件下建筑外立面开口火溢流的卷吸机制与特征参数分布规律研究

Under the constraint condition of horizontal eaves, the physical behavior of spilled fire plume from an opening of the building facade would be different from that of a free boundary condition, therefore the existing theoretical model of spilled fire plume is no longer applicable. Theoretical analysis, experimental research and numerical simulation method will be carried out in this project, to investigate the entrainment mechanism and characteristic parameter evolutions of spilled fire plume under horizontal eave constraint conditions:.(1) The entrainment behavior of spilled fire plume under horizontal eave constraint conditions will be investigated. The correlation model of the entrainment behavior with the horizontal eave characteristics will be built up. The critical horizontal eave size where the upward flame spread is completely obstructed will be discovered..(2) Theoretical model of the flame height and thermal characteristic parameter evolutions of spilled fire plume (e.g. temperature profile and heat flux distribution) with horizontal eave constraints will be proposed..The study on the entrainment mechanism and characteristic parameter evolutions of spilled fire plume of a building facade under horizontal eave constraint conditions would be helpful to discover the effect of horizontal eave on vertical fire spread obstructions. This project is an important supplement in current theoretical model of spilled fire plume, which would provide significant theoretical basis and valuable references for practical applications.

在水平挑檐限制边界条件下，建筑外立面开口火溢流物理行为不同于自由边界条件，现有开口火溢流经典理论模型不再适用。本项目拟采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，揭示水平挑檐限制边界条件下建筑外立面开口火溢流的卷吸机制与特征参数分布规律：.（1）.揭示水平挑檐对开口火溢流卷吸行为的影响机制，建立水平挑檐限制边界条件下，挑檐下方火焰水平扩展形态参数表征模型，揭示能够完全阻隔火焰向上蔓延的挑檐临界尺寸。.（2）.建立水平挑檐限制边界条件下，开口火溢流的火焰高度与热物理特征参数（温度、热流密度）演化规律的理论模型。.研究水平挑檐限制边界条件下开口火溢流动力学行为特征，有助于更深入揭示水平挑檐对建筑外立面开口火溢流的阻隔作用机制，弥补现有开口火溢流经典理论的不足，具有重要的理论意义和工程参考价值。

在水平挑檐限制边界条件下，建筑外立面开口火溢流物理行为不同于自由边界条件，现有开口火溢流经典理论模型不再适用。本项目的研究目标是采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，揭示水平挑檐限制边界条件对开口火溢流卷吸行为的影响机制，并建立水平挑檐限制边界条件下开口火溢流的火焰形态与特征参数演化规律表征模型。.本项目执行三年以来，已圆满完成了既定研究目标，取得了以下的重要成果：（1）明确了水平挑檐限制边界条件下开口火溢流的第一阶段，火焰在挑檐下方的扩展行为与卷吸特性，并获得了挑檐下方径向、横向温度分布模型。这一阶段中，由于挑檐长度较长，溢流火焰将不会向上继续蔓延。建立了溢流火焰扩展的半圆模型，推导获得了临界挑檐长度。（2）阐释了当挑檐长度不足临界长度时，溢流火焰发展的三个不同阶段，获得了第三阶段中火焰溢出挑檐端部后的火焰高度，基于火焰体积分数概念，建立了火焰高度与热释放速率、挑檐长度、挑檐高度、通风因子的隐式表征模型。（3）采集获得了水平挑檐限制边界条件下开口火溢流的温度、热流密度分布规律，分别揭示了挑檐长度和挑檐高度对开口火溢流的温度的影响效应，基于火焰高度实验结果修正了外立面竖向热流密度表征模型。此外，本项目开展了一定的延伸性研究，包括（1）变开口高度条件下的开口火溢流行为；（2）空气幕射流条件下的开口火溢流行为；（3）地铁站空气幕阻烟效果研究；（4）高层建筑形成的街道峡谷中，不同火源位置条件和纵向风速条件下的烟气回卷行为；（5）开放空间随机风环境下大型油池火羽流行为特性。.该项目的科学意义在于，揭示了水平挑檐对建筑外立面开口火溢流的阻隔作用机制，这是对现有不同边界腔室火灾动力学研究的重要补充，为现行的建筑设计防火规范的修订提供了重要的理论支撑，项目成果对于高层火灾防火设计、火灾探测及灭火技术等也提供了相关数据支持，具有一定的工程参考价值。