專利名稱：：建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于火災(zāi)安全與消防工程領(lǐng)域，具體涉及一種高層建筑和多層多室建筑火災(zāi)煙氣發(fā)展和演變規(guī)律的預(yù)測(cè)。
背景技術(shù)：
：自20世紀(jì)70年代起，世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開始對(duì)以性能化為基礎(chǔ)的建筑防火設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，隨之出現(xiàn)了描寫煙流運(yùn)動(dòng)特征的各種數(shù)學(xué)物理模型，主要有場(chǎng)模型、區(qū)域模型、網(wǎng)絡(luò)模型以及上述三種模型結(jié)合應(yīng)用的混合模型。對(duì)于高層建筑及其多層多室建筑，由于受限空間很多，邊界條件非常復(fù)雜，目前世界上研究該類建筑火災(zāi)煙流運(yùn)動(dòng)的模型多采用網(wǎng)絡(luò)模型。主要有日本建筑研究所開發(fā)的BRI模型，加拿大建筑研究所開發(fā)的IRC模型，英國(guó)建筑研究所開發(fā)的BRE模型,美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所開發(fā)的NIST模型，荷蘭應(yīng)用物理研究所開發(fā)的TNO模型。從現(xiàn)有資料來(lái)看，上述模型均存在下列問(wèn)題即僅將煙氣濃度作為時(shí)間的函數(shù)，或者僅將著火室的物性參數(shù)作為時(shí)間的函數(shù)，而將火災(zāi)中建筑物內(nèi)其它部位的溫度視為不變；傳熱計(jì)算方面，僅計(jì)算了高溫?zé)煔庀驂w表面的傳熱，而忽略了通過(guò)壁體向鄰室的傳熱，因此必然導(dǎo)致鄰室的室溫計(jì)算產(chǎn)生偏差；將煙氣的熱物性參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、定壓比熱容、密度等簡(jiǎn)化為常數(shù)，這與實(shí)際情況有很大的差異，不符合火災(zāi)發(fā)展和演變的規(guī)律；火災(zāi)中火源釋熱率多采用穩(wěn)態(tài)火源，穩(wěn)態(tài)火源可使計(jì)算簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)是顯而易見的，穩(wěn)態(tài)火源的設(shè)定功率往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定，性質(zhì)不明確，不能真實(shí)反映火源釋熱率的輸出情況。并且在常見的建筑火災(zāi)中，固體可燃物占絕大多數(shù)，火災(zāi)荷載密度很大，其火源釋熱率的輸出是隨火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程而變化的，是時(shí)間的函數(shù)，如火源釋熱率采用穩(wěn)態(tài)火源，極有可能低估或者高估火災(zāi)危險(xiǎn)性，降低計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，建立了完整的建筑物火災(zāi)煙流特性模型，提出、改進(jìn)和完成了理論計(jì)算方法，設(shè)計(jì)了完整的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心、控制中心、采集模塊、算法模塊、分析處理模塊，(1)數(shù)據(jù)中心預(yù)先存入建筑物構(gòu)造的相關(guān)幾何數(shù)據(jù)、建筑物的物性參數(shù)；采集模塊采集建筑物環(huán)境氣象條件；(2)控制中心選擇熱釋放速率增長(zhǎng)形式，建立火災(zāi)場(chǎng)景模型，在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中根據(jù)火源類型、燃燒時(shí)間構(gòu)建建筑物結(jié)構(gòu)的改變模型；(3)控制中心根據(jù)建筑物燃燒時(shí)間選擇墻體傳熱子模型；(4)控制中心根據(jù)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)將建筑物轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由此構(gòu)造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣；(5)控制中心設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)At，根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣、閉環(huán)矩陣以及相關(guān)模型和參數(shù)，構(gòu)建煙氣特性方程；(6)算法模塊求解煙氣特性方程，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)溫度、煙氣濃度、C02濃度、C0濃度、壁面溫度、通過(guò)開口的煙氣質(zhì)量流量、壓差，生成上述各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線；(7)分析處理模塊根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析煙氣到達(dá)危險(xiǎn)狀況的時(shí)間，并提供CO濃度判據(jù)、C02濃度判據(jù)、溫度判據(jù)、煙氣濃度判據(jù)以及煙氣層高度判據(jù)。本發(fā)明還提出一種建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟(1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心預(yù)先存入建筑物的相關(guān)幾何數(shù)據(jù)、建筑物相關(guān)的物性參數(shù)；采集模塊采集建筑物環(huán)境氣象條件；(2)選擇熱釋放速率增長(zhǎng)形式，建立火災(zāi)場(chǎng)景模型，建筑物在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中結(jié)構(gòu)的改變模型；(3)根據(jù)建筑物燃燒時(shí)間選擇墻體傳熱子模型；(4)將建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由此構(gòu)造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣；(5)設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)At，根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣、閉環(huán)矩陣以及相關(guān)模型和參數(shù)，構(gòu)建煙氣特性方程；(6)求解煙氣特性方程計(jì)算各節(jié)點(diǎn)溫度、煙氣濃度、C02濃度、C0濃度、壁面溫度、通過(guò)開口的煙氣質(zhì)量流量、壓差，生成各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線；(7)根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析煙氣到達(dá)危險(xiǎn)狀況的時(shí)間，并提供CO濃度判據(jù)、C02濃度判據(jù)、溫度判據(jù)、煙氣濃度判據(jù)以及煙氣層高度判據(jù)。將建筑物的各房間和樓梯間作為節(jié)點(diǎn)，樓梯井按各層樓面分割成不同節(jié)點(diǎn)，走廊型通道按照與房間近似相等的面積化分成節(jié)點(diǎn)，建筑物通道的開口作為枝，將建筑物轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由此構(gòu)造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣采用本發(fā)明設(shè)計(jì)的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，考慮通過(guò)壁體向鄰室的傳熱，可以計(jì)算出火災(zāi)過(guò)程中，建筑物內(nèi)任意時(shí)刻各房間(節(jié)點(diǎn))的溫度、煙濃度、C02(二氧化碳)濃度、C0(—氧化碳)濃度、空氣密度、房間蓄熱量、換氣熱損失、墻體吸熱量、輻射熱損失、開口煙氣質(zhì)量流量、開口壓差、各節(jié)點(diǎn)墻體任意時(shí)刻的溫度。本系統(tǒng)可以根據(jù)火源類型、燃燒時(shí)間預(yù)測(cè)火災(zāi)過(guò)程中建筑物構(gòu)造變化的各種情況，以便確定火災(zāi)過(guò)程中建筑物內(nèi)各部位的加壓送風(fēng)方案及防排煙設(shè)計(jì)方案，并提出修改意見，實(shí)現(xiàn)保證建筑物火災(zāi)安全狀況下的性能化防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖1本發(fā)明所述煙氣特性方程計(jì)算流程圖圖2本發(fā)明所述建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ推矫婕皽y(cè)點(diǎn)布置圖圖450kg、無(wú)排煙，2室溫度數(shù)據(jù)比較圖圖510kg、有排煙，l室溫度數(shù)據(jù)比較圖圖6地下商業(yè)街建筑平面圖圖7地下商業(yè)街網(wǎng)絡(luò)換氣樹圖8地下商業(yè)街第2和第9節(jié)點(diǎn)C02濃度隨時(shí)間的變化圖圖9旅館建筑物平面圖圖10旅館建筑物網(wǎng)絡(luò)換氣樹圖ll旅館建筑物l節(jié)點(diǎn)溫度曲線對(duì)比圖12旅館建筑物l節(jié)點(diǎn)煙氣濃度曲線對(duì)比圖13旅館建筑物1節(jié)點(diǎn)C02濃度曲線對(duì)比具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，建立了完整的建筑物火災(zāi)煙流特性模型，能夠預(yù)測(cè)建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙流、煙溫、煙濃度、C02濃度、C0濃度和壁溫的發(fā)展變化規(guī)律，系統(tǒng)還考慮隨著人員疏散改變各門的開閉情況，由此引起開口的流量系數(shù)、壁面積、輻射透過(guò)系數(shù)的改變；隨著門窗燒損改變開口的流量系數(shù)、壁面積、輻射透過(guò)系數(shù)等。模型對(duì)建筑物的所有受限空間都劃分為節(jié)點(diǎn)，能計(jì)算出煙流蔓延速度及其污染范圍，為人員的安全疏散動(dòng)態(tài)模擬提供有用的信息。以下針對(duì)附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，如圖2所示為本發(fā)明建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型示意圖。(1)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)器中預(yù)先存入建筑物的平面結(jié)構(gòu)圖和立體結(jié)構(gòu)圖、建筑物構(gòu)造的相關(guān)幾何數(shù)據(jù)、開口的風(fēng)壓系數(shù)、流量系數(shù)、輻射透過(guò)率、墻體各材料的導(dǎo)熱系數(shù)和容積比熱容等物性參數(shù)；采集模塊通過(guò)傳感器、探測(cè)器等采集建筑物環(huán)境氣象條件，包括室外風(fēng)速、風(fēng)壓、氣溫等相關(guān)參數(shù)；(2)根據(jù)建筑物各室的使用功能，建立火災(zāi)場(chǎng)景模型，選擇熱釋放速率增長(zhǎng)形式，建立包括穩(wěn)態(tài)火源和非穩(wěn)態(tài)火源的火災(zāi)場(chǎng)景模型。穩(wěn)態(tài)火源包括分段穩(wěn)態(tài)火源和分段線性火源；非穩(wěn)態(tài)火源包括，建立熱釋放速率隨溫度的平方成正比的1:2火源、完整發(fā)展模型火源、根據(jù)火災(zāi)與煙氣在建筑物內(nèi)蔓延的多室區(qū)域模擬軟件MRFC(Multi-Room-Fire-Code)中所采用的火源、和FFB(德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)火災(zāi)研究所)提出的非穩(wěn)態(tài)火源。可根據(jù)建筑物各室內(nèi)的可燃物情況選用不同的火源模型，并由此根據(jù)火源類型及燃燒時(shí)間構(gòu)造在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中建筑物結(jié)構(gòu)的改變模型；(3)根據(jù)建筑物著火燃燒時(shí)間長(zhǎng)短，選擇墻體傳熱子模型。如燃燒時(shí)間較短，可選擇半無(wú)限大傳熱子模型，如燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，可選擇有限厚傳熱子模型。后者計(jì)算準(zhǔn)確度更高，但收斂速度更慢。(4)根據(jù)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)將其內(nèi)部空間和開口劃分為節(jié)點(diǎn)和枝，并將其轉(zhuǎn)換為建筑物換氣樹，形成建筑物換氣回路接續(xù)矩陣[I]和閉環(huán)矩陣[L]。將建筑物的各房間和各樓梯間作為節(jié)點(diǎn)，樓梯井按各層樓面分割成不同節(jié)點(diǎn)，走廊型通道根據(jù)與房間面積近似相等的原則化分成節(jié)點(diǎn)，各房間、通道的開口作為枝，根據(jù)圖論原理將建筑物轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由建筑物換氣樹形成建筑物換氣回路接續(xù)矩陣[I]和閉環(huán)矩陣[L]。(5)系統(tǒng)還可根據(jù)在火災(zāi)過(guò)程中排煙方式，確定防排煙方案。如為機(jī)械防排煙，則需輸入送風(fēng)量與排煙量,根據(jù)火災(zāi)過(guò)程中建筑物構(gòu)造變化以及安全疏散的臨界要求確定送風(fēng)量與排煙量，以滿足室內(nèi)人員安全疏散的要求。(6)系統(tǒng)自動(dòng)判斷建筑物是否發(fā)生轟然。系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)生轟燃所需要的熱釋放速率/c，建筑物開口面積人和開口高度/^，除建筑物開口面積以外的其余房間內(nèi)表面積4，根據(jù)托馬斯公式建立建筑物轟然判別式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(1)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(2)燃燒過(guò)程中，當(dāng)同時(shí)滿足式(1)與式(2)即可判別室內(nèi)已經(jīng)發(fā)生轟燃。如未發(fā)生轟燃，則計(jì)算著火室內(nèi)煙流特性；如已發(fā)生轟燃，則著火室門窗崩壞，煙氣流入走廊或者室外，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)煙流特性。(7)系統(tǒng)按照要求的計(jì)算精度設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)At,通常取At=5m/S10m/s，At取值小可提高計(jì)算精度，但計(jì)算時(shí)間更長(zhǎng)。根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣[1]、閉環(huán)矩陣[L]、建筑物結(jié)構(gòu)的改變模型、墻體傳熱子模型、相關(guān)參數(shù)等，利用線性化和差分化構(gòu)建煙氣特性方程，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間的煙氣特性求解煙氣特性方程，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下一時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)刻的溫度、煙氣濃度、C02濃度、C0濃度、建筑物各房間壁面溫度等，根據(jù)上述計(jì)算值隨時(shí)間的發(fā)展變化規(guī)律、以及開口的煙氣質(zhì)量流量、壓差等計(jì)算結(jié)果繪制生成各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線。(8)分析模塊根據(jù)變化曲線分析煙氣到達(dá)危險(xiǎn)狀況的時(shí)間，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的閾值自動(dòng)判別危險(xiǎn)狀況的CO濃度、C02濃度、溫度、煙氣濃度以及煙氣層高度。閾值是通過(guò)大量的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理出來(lái)，并已存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。構(gòu)建所述的煙氣特性方程的具體步驟如下所述(1)根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣及常數(shù)矩陣，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)(房間)質(zhì)量平衡方程式。設(shè)建筑物內(nèi)有m個(gè)節(jié)點(diǎn)，n個(gè)枝(開口)，建立建筑物換氣樹，根據(jù)換氣樹確定建筑物換氣回路接續(xù)矩陣[I]，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)數(shù)m行的質(zhì)量發(fā)生速率列矩陣[M]，該矩陣為常數(shù)矩陣，[I]為m行n列的換氣回路接續(xù)矩陣，是[Am]的系數(shù)矩陣，[Am]為n行的開口凈質(zhì)量流量列矩陣，為待求矩陣。則節(jié)點(diǎn)質(zhì)量平衡方程式可用矩陣形式表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(3)(2)根據(jù)建筑物閉環(huán)矩陣[L]構(gòu)建環(huán)路壓力平衡方程式。按圖論原理，由m個(gè)節(jié)點(diǎn)、n個(gè)枝構(gòu)成的建筑物換氣樹可以形成n-m個(gè)閉合環(huán)路，可以建立n-m個(gè)線性無(wú)關(guān)的代數(shù)方程式，其矩陣形式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(4)式中，[L]為ni行，n列閉環(huán)矩陣，A為壓力源；[P+Ps]為n行的節(jié)點(diǎn)間的壓差列矩陣；[O]為n-m行的0列矩陣。(3)根據(jù)火災(zāi)過(guò)程中建筑物開口平面法線方向及開口兩端房間煙氣密度，建立開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式。開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式由流體力學(xué)推導(dǎo)得出，根據(jù)開口平面法線方向，以及開口兩端房間煙氣密度建立不同的關(guān)系式，本發(fā)明采用泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略二階以上的無(wú)窮小項(xiàng)以后，使其線性化為以下計(jì)算式(3.1)開口平面法線豎直或開口兩端房間煙氣(空氣)密度相同，為單向流動(dòng)，所建立的開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式為P(病P(/^)(5)式中，A+,、A分別為(n+l)△i時(shí)刻和nAT時(shí)刻兩節(jié)點(diǎn)間的壓差；A/^+,、A/^分別為(n+l)AT時(shí)刻和nAT時(shí)刻兩節(jié)點(diǎn)間通過(guò)開口的煙氣的凈質(zhì)量流量。u為開口流量系數(shù)，A為開口面積。(3.2)開口平面法線水平且開口兩端房間煙氣(空氣)密度不同，設(shè)i室和j室的開口方向由i室指向j室為正，i室和j室具有各自均勻的溫度和密度，且i室和j室密度滿足關(guān)系A(chǔ)<^。此時(shí)，中和界相對(duì)于開口的不同位置，應(yīng)采用不同的計(jì)算式。a、中和界在開口中，煙氣為雙向互流動(dòng)，開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式為/<-<-A3C(i^~^、2￡>乂2D、式中:一"5"、3/2(7)(8)(9)(10)(11)&、^分別為幵口上下端距房間地面的高度；B為開口寬度；p,、^分別為i室和j室內(nèi)9的煙氣密度；g為重力加速度；m,，,、//^分別為i室流向j室的煙氣質(zhì)量流量以及j室流向i室的質(zhì)量流量。b、開口在中和界之上，煙氣為單向流動(dòng)，開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(12)C、開口在中和界之下，煙氣為單向流動(dòng)，開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(13)如果建筑物劃分的枝總數(shù)為n，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為m(不包括室外空氣節(jié)點(diǎn))，則質(zhì)量平衡方程式為m個(gè)，壓力平衡方程式為n-m個(gè)，流量與壓差的線性方程為n個(gè)，可以組成2n個(gè)線性無(wú)關(guān)的代數(shù)方程組。方程總數(shù)等于開口兩端壓差和開口流量組成的2n個(gè)未知數(shù)個(gè)數(shù)，聯(lián)立求解方程組可以求出所有開口兩端的壓差和開口質(zhì)量流量。(4)根據(jù)現(xiàn)實(shí)溫度建立房間熱平衡方程式，求解節(jié)點(diǎn)的未來(lái)溫度"+1對(duì)于任意節(jié)點(diǎn)i，采用隱式差分格式，房間熱平衡方程式可以改寫為如下有限差分方程:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式中4為著火室(i室)可燃物燃燒發(fā)熱速率，火災(zāi)煙流特性模型的火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)定后，/d可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或系統(tǒng)設(shè)定的火源形式計(jì)算；r"表示r-"Az"時(shí)刻的溫度，稱現(xiàn)實(shí)溫度，為已知量；r""表示T二(M+l)Ai:時(shí)刻的溫度，稱未來(lái)溫度，為待求量；4,、^為i'、》兩室間的開口面積和輻射透過(guò)率；^為史蒂芬一玻爾茲曼常數(shù)；4^為/室第k個(gè)壁面面積；/^為/室第k個(gè)壁面與煙流間的總換熱系數(shù)；7;w為/室第k個(gè)壁面的表面溫度，由傳熱方程式求得；煙氣密度"、定壓比熱容C;等按現(xiàn)時(shí)溫度確定；^為z'室體積。(5)建立有限厚墻體傳熱方程式本發(fā)明的有限厚墻體傳熱方程式引用嚴(yán)治軍教授在《重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)》1997年第5期中發(fā)表的論文"火災(zāi)建筑的熱傳導(dǎo)解析"中的計(jì)算式，但差分格式由原文的顯示差分格式修改為隱式差分格式。(6)根據(jù)煙流與壁面的總換熱系數(shù)、壁體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)建立半無(wú)限大物體傳熱方程式。式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中，"為積分中間變量；/;、；i、《分別為煙流與壁面的總換熱系數(shù)、壁體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)。在Matlab中，ar;)能夠方便、快捷地用數(shù)值方法計(jì)算出來(lái)。當(dāng)計(jì)算n+l步時(shí)刻i室室溫7T"及第k個(gè)壁面溫度7^)時(shí)，n步時(shí)刻的7;"、7^fc>、or,^為已知數(shù)據(jù)，因此7;^)與7:""呈線性關(guān)系。(7)建立煙氣濃度方程式，根據(jù)燃燒引起的煙發(fā)生速率確定煙氣質(zhì)量濃度。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(17)式中:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(18)A^,為燃燒引起的煙發(fā)生速率c,為由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)；S,.、S^分別為i室和j室的煙氣質(zhì)量濃度。(8)建立C"濃度方程式，由燃燒引起的二氧化碳發(fā)生速率確定二氧化碳質(zhì)量濃度。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(19)式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(20)M。為燃燒引起的二氧化碳發(fā)生速率；C2為由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)；C,、^分別為i室和j室的二氧化碳質(zhì)量濃度。(9)CO濃度方程式，由燃燒引起的一氧化碳發(fā)生速率確定一氧化碳質(zhì)量濃度<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(21)式中M,=c3/(22)M^為燃燒引起的一氧化碳發(fā)生速率；C3為由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)；CO,、Cq分別為i室和j室的一氧化碳質(zhì)量濃度。建立以上煙氣特性方程后，求解上述方程確定相關(guān)參數(shù)，圖l所示為具體求解步驟。(1)初始時(shí)刻，設(shè)置ni,假定各節(jié)點(diǎn)間w,z0,壓差？=0，由式(14)求出各節(jié)點(diǎn)現(xiàn)實(shí)溫度7;，由有限厚墻體傳熱方程式或半無(wú)限大物體傳熱方程式(16)求出各壁面溫度rw,:(2)置『1，如果n〈時(shí)間步長(zhǎng)，執(zhí)行以下步驟；(3)由擬合的^=/(;)、Cp,:伊(7;),用n-l時(shí)刻溫度計(jì)算各節(jié)點(diǎn)煙氣密度A、定壓比熱容、,.；由理想氣體狀態(tài)方程式求出各節(jié)點(diǎn)間壓差A(yù)。(4)計(jì)算第n步枝流量、壓差，由式(3)—式(13)聯(lián)立求解，求出下一時(shí)間步長(zhǎng)的A、紐"+i、、附),；(5)將步驟(4)求出來(lái)的《"、；^+'代入式(17)、(19)、(21),求出下一時(shí)間步長(zhǎng)的煙氣濃度、Cq濃度和CO濃度；(6)由式(14)求出下一時(shí)間步長(zhǎng)各節(jié)點(diǎn)未來(lái)溫度7;，及各壁面溫度Twi;(7)置『n+l，重復(fù)步驟(3)，直到計(jì)算結(jié)果滿足所設(shè)定的時(shí)間為止。計(jì)算出每個(gè)步長(zhǎng)的煙氣濃度、C《濃度和CO濃度等參數(shù)后，繪制上述參數(shù)與時(shí)間關(guān)系的曲線，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的對(duì)人體產(chǎn)生危險(xiǎn)狀況的煙氣濃度、CQ濃度和CO濃度閾值進(jìn)行比較，確定到達(dá)危險(xiǎn)狀況的時(shí)間，以及當(dāng)前時(shí)刻的煙氣濃度、CO,濃度和CO濃度。下面以具體的建筑物實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)研究實(shí)例1實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橐粚?shí)體建筑，高3米，其平面尺寸及測(cè)點(diǎn)的布置如圖3所示。圖3中，O表示熱電偶測(cè)試柱，A表示煙氣流速及煙濃度、C02濃度采集測(cè)試柱。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先輸入各開口幾何尺寸及建筑物結(jié)構(gòu)、材料，墻體各材料的導(dǎo)熱系數(shù)和容積比熱容，探測(cè)器采集環(huán)境氣象條件?；鹪床捎煤蕿?%10%的長(zhǎng)條型松木，其質(zhì)量分別為10kg、50kg、100kg，構(gòu)成了三種不同的火荷，其燃燒發(fā)熱量采用失重測(cè)量法測(cè)定。未標(biāo)注的壁面均為磚砌結(jié)構(gòu)，兩面抹灰。壁面3為玻璃壁面，3室為觀測(cè)室，3室內(nèi)設(shè)有探照燈及攝像系統(tǒng)，可觀察到實(shí)驗(yàn)中的煙流運(yùn)動(dòng)情況。2室中心有一排煙口，當(dāng)風(fēng)機(jī)開啟時(shí)可通過(guò)該排煙口將煙氣排出室外。測(cè)溫系統(tǒng)為豎向布置的7根測(cè)試柱組成，1室和2室的測(cè)試柱上各設(shè)置有9個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，位置最高的測(cè)點(diǎn)距離頂棚0.lm，往下每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)間距為0.2m。3室的兩根測(cè)試柱上各設(shè)置了4個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕迹涓叨染囗斉锓謩e為0.lm、0.3m、1.3m、2.55m。測(cè)試系統(tǒng)的布置充分考慮到對(duì)稱性和代表性。測(cè)量數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)巡檢采集，巡檢周期為5秒，采集的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，由打印機(jī)實(shí)時(shí)打印。整個(gè)測(cè)量裝置均為先進(jìn)的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)專用裝置，所有的熱電偶均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校驗(yàn)。將實(shí)測(cè)的燃燒發(fā)熱量、排煙量以及其他初始數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)控制中心計(jì)算機(jī)，取時(shí)間步長(zhǎng)為5秒，采用本發(fā)明的煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果描繪在同一坐標(biāo)圖上，由于篇幅限制，本實(shí)例中僅給出有代表性的兩個(gè)不同方案下的溫度數(shù)據(jù)比較圖。從圖4和圖5中可以看出火荷較小的情況下(燃燒質(zhì)量分別為50kg和10kg)，火災(zāi)初期，本系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果略高于實(shí)測(cè)結(jié)果。隨著火災(zāi)過(guò)程的進(jìn)行，兩者的誤差減小。當(dāng)火荷增加至100kg的時(shí)候，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得相當(dāng)好，所有的比較結(jié)果都充分證實(shí)了這一點(diǎn)。從網(wǎng)絡(luò)模型把每一個(gè)受限空間作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)任一時(shí)刻該節(jié)點(diǎn)具有均勻溫度、密度等物性參數(shù)的特征來(lái)看，當(dāng)室內(nèi)可燃物數(shù)量較大時(shí)，采用網(wǎng)絡(luò)模型開發(fā)出的預(yù)測(cè)軟件具有足夠的準(zhǔn)確性。即使火荷僅為10kg，計(jì)算結(jié)果也能夠準(zhǔn)確地描述建筑物火災(zāi)的發(fā)展及變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)研究實(shí)例2模擬對(duì)象為四川消防科研所為進(jìn)行《地下商業(yè)街火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究》修建的實(shí)體建筑。該建筑是一棟按1:1比例修建的實(shí)體地上建筑，建筑面積為640m2，凈空高度為3m，通道長(zhǎng)'67m，寬4m。兩端各設(shè)一個(gè)出入口，通道兩側(cè)為模擬鋪面。其平面圖如圖6所示。本模擬計(jì)算做了如下的假設(shè)(1)著火室①門全開，所有鋪面全關(guān)；(2)出口2關(guān)，出口l、3全開。構(gòu)建如圖7所示的該建筑物的換氣樹。建筑物換氣樹以室外為基點(diǎn)O,共10個(gè)節(jié)點(diǎn)riFl0，12個(gè)枝0=12，根據(jù)圖論原理，可建立raXr^lOXl2的換氣回路接續(xù)矩陣，(n-m)Xn=2X12的閉環(huán)矩陣，共12X12個(gè)線性無(wú)關(guān)方程組。實(shí)驗(yàn)火源條件著火室位于l，火源為長(zhǎng)條型木材，含水率8%10%，截面5X5cm,長(zhǎng)度25cm,質(zhì)量10kg。燃燒時(shí)用失重法確定火源的熱釋放速率。開口條件鋪面全關(guān)，出口2關(guān)，出口l、3開。防排煙方式自然補(bǔ)風(fēng)、自然排煙。室外條件無(wú)風(fēng)，溫度20'C。測(cè)試系統(tǒng)圖6走廊中"參"處布置P1P6六個(gè)截面的組合測(cè)試柱，每個(gè)測(cè)試柱上沿高度方向布置有九個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，其高度距吊頂距離分別為O.lm、0.3m、0.5m、0.7ra、0.9m、l.lm、1.3m、1.5m、2.55m;三個(gè)流速測(cè)點(diǎn)，其高度距吊頂距離分別為0.5m、1.0m、1.5m;六個(gè)煙濃度測(cè)點(diǎn)，其高度距吊頂距離分別為0.lm、0.3m、0.6m、0.9m、L2m、1.5m;—個(gè)化學(xué)成份采氣樣點(diǎn)，其高度距吊頂距離為1.5m。在運(yùn)用本系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行模擬計(jì)算的過(guò)程中，取時(shí)間步長(zhǎng)為5秒，模擬時(shí)間為1800秒共360步。對(duì)包括室外節(jié)點(diǎn)(①……⑩)共11個(gè)節(jié)點(diǎn)的模擬耗時(shí)約IO分鐘。采用體積加權(quán)平均法求取節(jié)點(diǎn)溫度平均值，算法模塊調(diào)用所構(gòu)建的煙氣特性方程進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化趨勢(shì)是一致的，將Pl測(cè)試柱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與2節(jié)點(diǎn)計(jì)算數(shù)據(jù)列入表1中，從表1中對(duì)比可見溫度最大值相對(duì)誤差不超過(guò)14%,全時(shí)間范圍內(nèi)溫度平均值相對(duì)誤差不超過(guò)3%，證明模型對(duì)走廊煙氣溫度模擬是成功的，模擬的結(jié)果是可靠的。其他節(jié)點(diǎn)處亦可得出相同的結(jié)論。由于計(jì)算熱釋放速率時(shí)采用的是失重法，將所有失去的重量均考慮轉(zhuǎn)化為熱量，而木材含8%10%的水份。燃燒進(jìn)入穩(wěn)定階段前，水份蒸發(fā)不僅不能發(fā)熱，還要吸收汽化潛熱，所以根據(jù)模型計(jì)算的熱釋放速率偏高，溫度最大值出現(xiàn)時(shí)間偏早?；馂?zāi)進(jìn)入穩(wěn)定燃燒階段后，兩條曲線趨于一致。表1Pl溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)比較<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>煙氣在走廊中的蔓延速度煙氣在水平方向上的蔓延速度及距離是防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全疏散設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，是判別火災(zāi)初期人員能否安全疏散的重要指標(biāo)。煙氣濃度、co2濃度以及溫度變化均可反映煙氣的蔓延情況，本模擬計(jì)算中，取C02濃度的變化情況來(lái)進(jìn)行分析。通過(guò)某節(jié)點(diǎn)C02濃度發(fā)生改變的時(shí)間來(lái)表示煙氣侵入節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，比較各個(gè)節(jié)點(diǎn)煙氣濃度、侵入時(shí)間的早晚和節(jié)點(diǎn)間距離，可以得出煙氣在走廊中的水平蔓延平均速度，從而為安全疏散設(shè)計(jì)提供依據(jù)。圖8為第2和第9節(jié)點(diǎn)C02濃度隨時(shí)間的變化圖，由圖中可以看出模型計(jì)算煙氣侵入節(jié)點(diǎn)2的時(shí)間為40秒,侵入節(jié)點(diǎn)9的時(shí)間為180秒,節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)9之間的距離為45.8m。因此，煙氣在走廊中的水平平均蔓延速度為v。=45.8/(180-40)=0.33m/s。實(shí)驗(yàn)中Pl處距吊頂?shù)谝桓叨菻,-O.lm的煙感裝置感受到煙氣入侵時(shí)間為75秒，P6處距吊頂?shù)谝桓叨菻,=0.1m的煙感裝置感受到煙氣入侵時(shí)間為210秒，水平平均蔓延速度為vf45.8/(210-75)=0.34m/s,二者相對(duì)誤差為2.9°/。。煙氣在走廊中的水平蔓延平均速度誤差非常小。煙氣侵入時(shí)間決定了某一時(shí)刻煙氣污染的范圍，計(jì)算結(jié)果比實(shí)驗(yàn)結(jié)果侵入時(shí)間要早，這是因?yàn)闊煾醒b置本身對(duì)煙氣的響應(yīng)存在滯后。煙氣到達(dá)煙感裝置測(cè)點(diǎn)位置之后，經(jīng)一定時(shí)間后煙感裝置才能作出反映。對(duì)于安全疏散設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這樣所得結(jié)果是偏安全的。本例應(yīng)用建筑物火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)10kg木材小火荷條件下的走廊型通道的煙氣溫度、濃度等參數(shù)進(jìn)行了模擬，得出了這些參數(shù)的分布狀況，并且與公安部四川省消防科學(xué)研究所實(shí)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果表明預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)走廊型通道發(fā)生火災(zāi)時(shí)通道內(nèi)溫度、C02濃度分布狀況以及煙氣的水平平均蔓延速度的預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得非常好，從而證明該軟件對(duì)煙氣在走廊型通道中流動(dòng)特性的預(yù)測(cè)結(jié)果是可靠的應(yīng)用實(shí)例旅館建筑物的某層(如圖9所示)，共10個(gè)客房，各房間通過(guò)單開木制門與走廊連接，走廊無(wú)直接自然通風(fēng)外窗，火災(zāi)時(shí)人員通過(guò)走廊右端的防火門進(jìn)入樓梯間前室。將建筑物抽象為換氣樹，圖IO為模擬建筑物抽象得到的換氣樹。設(shè)模擬建筑物3號(hào)房著火(因3號(hào)房間最靠近出口，其著火為最不利條件)，普通裝修，火源熱釋放速率為125KW/itf,假定火源為非穩(wěn)態(tài)火源，熱釋放速率以t2火形式增長(zhǎng)，火焰蔓延為中速火發(fā)展形式，火災(zāi)發(fā)展系數(shù)值為0.0117KJ/s3，最大熱釋放速率值為3100kw。計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為5秒，計(jì)算步數(shù)為360步。采用負(fù)壓機(jī)械排煙。排煙面積按《高規(guī)》規(guī)定的內(nèi)走道排煙面積計(jì)算，即走道的地面面積40.5m2與連通走道的固定窗的房間3的面積24.75m2之和，總排煙面積為65.25m2，機(jī)械排煙口設(shè)在走廊中部節(jié)點(diǎn)2處，以現(xiàn)行《高規(guī)》"負(fù)擔(dān)一個(gè)防煙分區(qū)排煙時(shí)，應(yīng)按每平方米面積不小于60m7h計(jì)算"為基準(zhǔn)點(diǎn)，將排煙量向左右兩邊擴(kuò)展，以6m7h.m2為一個(gè)步長(zhǎng),分別計(jì)算54mVh.m2、60m7h.m2、66m3/h.m2、72m3/h.m2、78mVh,m2的排煙量時(shí)建筑物火災(zāi)時(shí)的煙氣流動(dòng)特性。在建筑物火災(zāi)時(shí)的最不利情況即在最靠近出口的3號(hào)房間著火的情況下，各房間人員要實(shí)現(xiàn)安全疏散，必須保證各房間人員所需安全疏散時(shí)間(RSET)小于其可用安全疏散時(shí)間(ASET)?；馂?zāi)發(fā)生后，房間內(nèi)客人只能通過(guò)右邊防火門進(jìn)入樓梯間前室逃生。旅館內(nèi)裝設(shè)感煙火災(zāi)報(bào)警裝置，火災(zāi)發(fā)生后60s報(bào)警；人員在房間內(nèi)的行動(dòng)速度為1.0m/s，在走廊中疏散速度0.5m/s;確認(rèn)反應(yīng)時(shí)間90s,計(jì)算得到該建筑最大所需安全疏散時(shí)間(離出口最遠(yuǎn)的房間的13號(hào)房間所需安全疏散時(shí)間)REST=262s。自然排煙時(shí)走廊至樓梯間前室的防火門在前60秒時(shí)全開，60秒以后右邊防火門關(guān)閉；著火室的窗戶在前300秒關(guān)閉，300秒時(shí)崩裂；隨機(jī)設(shè)定10號(hào)、13號(hào)、8號(hào)、6號(hào)窗開啟，總開啟面積為10.8m2，其余窗關(guān)閉。運(yùn)用煙流預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型分別對(duì)自然排煙和不同機(jī)械排煙量條件下的煙氣流動(dòng)特性進(jìn)行模擬，為了節(jié)省篇幅，本實(shí)例中僅繪出l號(hào)節(jié)點(diǎn)的煙氣特性比較圖。從圖11一13中對(duì)比可以看出自然排煙時(shí)，各節(jié)點(diǎn)溫度、煙氣濃度均呈不斷上升的趨勢(shì)；設(shè)置機(jī)械排煙時(shí)，各節(jié)點(diǎn)煙氣濃度先呈較為快速的上升趨勢(shì)，到達(dá)一定時(shí)間以后上升勢(shì)頭減緩，趨于穩(wěn)定。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度、煙濃度均低于同時(shí)刻自然排煙的情況，且排煙量越大，下降越大。表明排煙系統(tǒng)的設(shè)置延緩了煙氣溫度、濃度的上升，對(duì)安全疏散逃生起到了重要作用。比較火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)判據(jù)(設(shè)臨界溫度為78°C、臨界煙氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.053、臨界C02質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.046),對(duì)比曲線圖，可以看到自然排煙情況下，l號(hào)節(jié)點(diǎn)在52步即260s時(shí)溫度值為97.4'C，大大高于危險(xiǎn)狀態(tài)臨界值，不能滿足安全疏散要求。在排煙量為60mV(h.m"時(shí)，走廊1號(hào)節(jié)點(diǎn)在52步即260s時(shí)溫度值為76.4'C，53步即265s時(shí)溫度值為78.3°C，低于該建筑物在模擬條件下的溫度臨界值。此時(shí)煙氣濃度為0.042kg/m3,C02濃度為0.023kg/m3，均低于火災(zāi)危險(xiǎn)狀態(tài)的臨界值。即AEST〉REST，可見普通裝修、火源熱釋放速率為125KW/m'的條件下，機(jī)械排煙量按60mV(h.m2)設(shè)計(jì)是完全可行的。但總排煙量丄=65.25><60=3915/3/;1,小于《高規(guī)》規(guī)定的最小排煙量Zmm=7200m3/A。隨著排煙量增大到72m3/(h.m2)，排煙效果較60m7(h.1112)有明顯提高，進(jìn)一步增大排煙量至78mV(h.m2),無(wú)論是溫度，還是煙濃度或0)2濃度，都與72m3/(h.m2)時(shí)非常接近，排煙效果已無(wú)明顯提高，其原因是排煙量增大到一定程度，室內(nèi)負(fù)壓增大，排煙效率下降，導(dǎo)致排煙效果無(wú)明顯提高。因此過(guò)大地增加排煙量是無(wú)益的。對(duì)于不同的火源位置情況，因著火室3最靠近出口，是火災(zāi)時(shí)安全疏散最不利情況，所以不需再考慮著火室位于其他位置時(shí)的情況。當(dāng)其他條件不變，改變火源強(qiáng)度，設(shè)上述建筑物為精裝修，熱釋放速率為250kw/m2，即最大熱釋放速率值為6200kw,比普通裝修增大l倍時(shí)。以排煙量為72m3/(h,m2)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可繪制節(jié)點(diǎn)溫度曲線、節(jié)點(diǎn)煙濃度曲線、節(jié)點(diǎn)C02濃度曲線。根據(jù)曲線進(jìn)行分析，可確定該建筑物的最佳排煙方案。本實(shí)例以火災(zāi)建筑內(nèi)的人員作為被保護(hù)對(duì)象，合理提出了火災(zāi)煙氣危險(xiǎn)狀態(tài)判據(jù)，為ASET的確定提供了必要條件。在此前提下，分析了機(jī)械排煙量，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)建筑物為一般裝修，火源強(qiáng)度不太大U25KW/m')時(shí)，60mV(h.m2)的排煙量可滿足火災(zāi)時(shí)安全疏散的臨界要求；當(dāng)建筑物為精裝修，火源強(qiáng)度較大(250KW/m')時(shí)，60mV(h.m2)的排煙量己不能滿足人員安全疏散要求，72mV(h.m2)的排煙量能滿足要求，且進(jìn)一步增大排煙量的情況下實(shí)際效果并不顯著。因此72mV(h.m2)的排煙量為此時(shí)的最佳機(jī)械排煙量。這一結(jié)果與四川消防科學(xué)研究所通過(guò)實(shí)體實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)論相吻合。根據(jù)本發(fā)明得到的另一個(gè)重要結(jié)論是總排煙量-單位面積排煙量X排煙面積，可不受《高規(guī)》規(guī)定的最小排煙量4^=7200/3//2的限制。采用本發(fā)明建立的預(yù)測(cè)模型對(duì)建筑物防排煙系統(tǒng)的性能化設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。權(quán)利要求1、一種建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)中心、控制中心、采集模塊、算法模塊、分析處理模塊，其特征在于(1)數(shù)據(jù)中心預(yù)先存入建筑物構(gòu)造的相關(guān)幾何數(shù)據(jù)、建筑物的物性參數(shù)；采集模塊采集建筑物環(huán)境氣象條件；(2)控制中心選擇熱釋放速率增長(zhǎng)形式，建立火災(zāi)場(chǎng)景模型，根據(jù)火源類型及燃燒時(shí)間建立建筑物結(jié)構(gòu)的改變模型；(3)控制中心根據(jù)建筑物燃燒時(shí)間選擇墻體傳熱子模型；(4)控制中心根據(jù)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)將建筑物轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由此構(gòu)造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣；(5)控制中心設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)Δτ，根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣、閉環(huán)矩陣以及相關(guān)模型和參數(shù)，構(gòu)建煙氣特性方程；(6)算法模塊求解煙氣特性方程，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)溫度、煙氣濃度、CO2濃度、CO濃度、壁面溫度、通過(guò)開口的煙氣質(zhì)量流量、壓差，生成煙氣濃度、CO2濃度、CO濃度隨時(shí)間的變化曲線；(7)分析處理模塊根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析煙氣到達(dá)危險(xiǎn)狀況的時(shí)間，并提供CO濃度判據(jù)、CO2濃度判據(jù)、煙氣濃度判據(jù)以及煙氣層高度判據(jù)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述建筑物換氣樹包括由建筑物的各房間、各樓梯間、各層樓面構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)，由通道開口構(gòu)成的枝。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述物性參數(shù)包括建筑物開口的風(fēng)壓系數(shù)、流量系數(shù)、輻射透過(guò)率、墻體各材料的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還根據(jù)排煙方式、建筑物構(gòu)造變化、安全疏散的臨界要求確定送風(fēng)量與排煙量。5、根據(jù)權(quán)利要求1-4其中之一所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所建立的火災(zāi)場(chǎng)景模型包括，穩(wěn)態(tài)火源和非穩(wěn)態(tài)火源模型。6、根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)建的所述煙氣特性方程包括根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣及常數(shù)矩陣，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)質(zhì)量平衡方程式，根據(jù)建筑物閉環(huán)矩陣構(gòu)建環(huán)路壓力平衡方程式；根據(jù)建筑物開口平面法線及開口兩端房間煙氣密度，建筑物中和界相對(duì)于開口的不同位置，建立開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式；根據(jù)現(xiàn)實(shí)溫度建立房間熱平衡方程式；建立有限厚墻體傳熱方程式；根據(jù)煙流與壁面的總換熱系數(shù)、壁體材料建立半無(wú)限大物體傳熱方程式；建立煙氣濃度方程式、C02濃度方程式、CO濃度方程式。7.一種建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心預(yù)先存入建筑物的相關(guān)幾何數(shù)據(jù)、建筑物相關(guān)的物性參數(shù)，采集模塊采集建筑物環(huán)境氣象條件；(2)選擇熱釋放速率增長(zhǎng)形式，建立火災(zāi)場(chǎng)景模型，根據(jù)火源類型及燃燒時(shí)間建立建筑物結(jié)構(gòu)的改變模型；(3)根據(jù)建筑物燃燒時(shí)間選擇墻體傳熱子模型；(4)將建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由此構(gòu)造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣；(5)設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)AT，根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣、閉環(huán)矩陣以及相關(guān)模型和參數(shù)，構(gòu)建煙氣特性方程；(6)求解煙氣特性方程計(jì)算各節(jié)點(diǎn)溫度、煙氣濃度、C02濃度、CO濃度、壁面溫度、通過(guò)開口的煙氣質(zhì)量流量、壓差，生成各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線；(7)根據(jù)煙氣特性方程計(jì)算結(jié)果分析煙氣到達(dá)危險(xiǎn)狀況的時(shí)間，并提供CO濃度判據(jù)、C02濃度判據(jù)、溫度判據(jù)、煙氣濃度判據(jù)以及煙氣層高度判據(jù)。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，將建筑物的各房間和樓梯間作為節(jié)點(diǎn)，樓梯井按各層樓面分割成不同節(jié)點(diǎn)，走廊型通道按照與房間面積近似相等的原則化分成節(jié)點(diǎn)，建筑物通道的開口作為枝，將建筑物轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所建立的火災(zāi)場(chǎng)景模型包括，穩(wěn)態(tài)火源和非穩(wěn)態(tài)火源兩種火災(zāi)場(chǎng)景模型。10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述構(gòu)建煙氣特性方程的步驟包括根據(jù)建筑物換氣回路接續(xù)矩陣及常數(shù)矩陣，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)質(zhì)量平衡方程式，根據(jù)建筑物閉環(huán)矩陣構(gòu)建環(huán)路壓力平衡方程式；根據(jù)建筑物開口平面法線及開口兩端房間煙氣密度，建立開口質(zhì)量與開口壓差關(guān)系式；根據(jù)現(xiàn)實(shí)溫度建立房間熱平衡方程式；建立有限厚墻體傳熱方程式；根據(jù)煙流與壁面的總換熱系數(shù)、壁體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)建立半無(wú)限大物體傳熱方程式；建立煙氣濃度方程式、C02濃度方程式、CO濃度方程式。全文摘要本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)測(cè)方法，涉及一種高層建筑和多層多室建筑火災(zāi)煙氣發(fā)展和演變規(guī)律的預(yù)測(cè)。本發(fā)明構(gòu)成了完整的建筑物火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，及火災(zāi)煙流特性預(yù)測(cè)方法。將建筑物轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)和枝構(gòu)成的建筑物換氣樹，由此構(gòu)造建筑物換氣回路接續(xù)矩陣和閉環(huán)矩陣，構(gòu)建煙氣特性方程并求解，繪制煙氣濃度、CO₂濃度、CO濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系，預(yù)測(cè)達(dá)到危險(xiǎn)濃度的時(shí)間。本系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)火災(zāi)過(guò)程中建筑物構(gòu)造變化，以便確定火災(zāi)過(guò)程中建筑物內(nèi)各部位的加壓送風(fēng)方案及防排煙設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)保證建筑物火災(zāi)安全狀況下的性能化防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安全疏散設(shè)計(jì)。文檔編號(hào)G06Q10/00GK101187999SQ20071009298公開日2008年5月28日申請(qǐng)日期2007年11月15日優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日發(fā)明者晟何,彭宣偉,王厚華,白雪蓮,慶羅,羅嘉陵,洋胡,謝元一,韓武松申請(qǐng)人:重慶大學(xué)