大型地下空间火灾传播与控制中的传热传质

It is an important public issue for fire control and pedestrian safety evacuation in the large underground space like subway station, underground supermarket and carpark when there is a fire occurrence. When fire occurs, in order to maintain the enough tenable environments for safety egress, we shall know the principle of flame and smoke development and then control them. Hence, this project proposes the study of the coupled conductive, convective and radiant heat and mass transfer under mechanical ventilation when fire occurs in a complicated space. This project is based on the application background of fire development and control in the underground space. The physical and numerical models of coupled conductive, convective and radiant flow and heat and mass transfer mechanism are proposed to develop the related numerical simulation method with experimental validation. The patterns of flow and heat and mass transfer can be studied in the above model, and the rules of different tenable parameters like temperature, oxygen density, radiation distributions can be proposed. Through the inspection of flame and smoke development and mechanical ventilation for smoke control during emergency, this study can provide the fundamental knowledge for fire control and pedestrian safety evacuation in the underground space.

地铁车站、地下商场及地下停车场等大型地下空间突发火灾时的火灾控制和人群有序疏散，是重大公共安全问题。火灾发生时，为了正确引导人员安全有序疏散，需要了解火焰和烟气的传播规律并控制火焰和烟气的传播，以保证逃生通道上有足够长时间的可维生环境。因此，本课题提出，通过数值模拟和实验，研究复杂空间内有机械通风和燃烧的导热、对流、辐射多种传热方式耦合的流动和传热传质问题。本课题将以地下空间火灾的传播和控制为应用背景，建立导热、对流、辐射多种传热方式耦合的流动和传热传质的物理和数学模型，发展数值计算方法，通过数值模拟并辅以实验，研究所建立模型中的流动和传热传质规律，给出气体温度、氧浓度、热辐射量等各项维生指标的分布规律，探讨火焰和烟气的传播规律和启动事故通风等控制火灾和烟气传播的方法，为制定地下空间火灾控制和人群疏散应急预案提供理论基础。

地铁车站、地下商场及地下停车场等大型地下空间突发火灾时的火灾控制和人群有序疏散，是重大公共安全问题。火灾发生时，为了正确引导人员安全有序疏散，需要了解火焰和烟气的传播规律并控制火焰和烟气的传播，以保证逃生通道上有足够长时间的可维生环境。. 以地下空间火灾的传播和控制为应用背景，建立燃烧和耦合的传热传质物理和数学模型，发展数值计算方法，通过数值模拟并辅以实验，研究所建立模型中的燃烧和流 动传热传质规律及其中的非线性特性，查明燃烧及其传热传质和火焰传播的机理，并以此为基础，进一步研究火灾中气体温度、氧浓度、热辐射量、可见度等各项维生指标的分布规律，探讨火焰和烟气的传播规律和启动事故通风等控制火灾和烟气传播的方法，以及人员疏散逃生的规律，为进一步研究和制定地下空间火灾控制和人群疏散应急预案建立理论研究基础。. 本课题发展了处理一些特殊边界条件的格子玻尔兹曼方法，并进一步发展了处理多尺度流动传热的有限容积法与格子玻尔兹曼方法的分区耦合算法；对封闭空间或部分开放空间中的自然对流和混合对流、以及通道中或外掠物体的强制对流双扩散传热传质的各种研究模型进行了数值研究，获得了其中的传热传质规律及其非线性特性；针对一些理论的或实际的燃烧模型，给出了燃烧中传热传质规律和燃烧产物生成规律；对地铁站或建筑空间的火灾，以及人员疏散进行了数值模拟，获得了对实际工程具有指导意义的研究结果。课题还组织了实际地铁站火灾发生后的人员疏散和逃生演练，获得了具有参考价值的实际数据。 . 本课题共发表论文51篇，其中SCI检索7篇，EI检索17篇；课题执行期间获得4项发明专利和1项实用新型专利；支持3人获博士学位和12人获硕士学位，另还继续支持在学的4名博士生和6名硕士生的有关研究工作。