虽然国内关于火灾模拟的研究还比较落后,但国内的科学家在研究火灾烟气方面取得了巨大的成就,并在研究内容以及研究方式上有了极大的创新性和实用性。
随着室内装修材料的变化和风格的多样化,室内火灾对人们的生命财产安全产生的危害也越来越大。烟气的有害成分是不能被人体吸入的,一旦吸入,就容易导致窒息死亡。因此,烟雾扩散及其对救助被困人员的影响便成为了当今世界的热点话题。此外,关于室内火灾发展规律的研究对于建筑物的安全设计、人员的疏散以及消防安全都具有相当重要的意义。
1、国外研究现状
现代社会的不断进步,人们生活水平的提高,使得人们在满足了物质要求的基础上,开始更加追求安全需要,渴望获得一个更加安全舒适的生活环境。特别是计算机性能的改进,使得通过计算机进行建模处理数据变成了研究消防安全和工程技术领域的重要辅助工具[5]。
20世纪50年代,由京都工业大学的川越邦雄带头的一个研究队伍系统地模拟了单室内燃烧发展的规律,成功创建了区域模型,该模型为烟雾发展规律研究的理化模型奠定了良好的基础,开发了数值模拟研究的先河。20世纪60年代,奥登和麦格尼森增加了质量守恒方程,这些经典概念即使在今天仍然被广泛应用[6]。随后,对火灾发展规律的仿真研究不断地发展起来。
20世纪80年代,为了扩大贸易交流,提高经济收益,以及为了促进新材料的使用,开始研究和应用某些方法对火灾进行定量分析和危险性预估。1975年E.E.史密斯建立了经验模型用来模拟室内火灾过程;1977年J.Quintiere建立了相关的数学模型;1978年,燃烧模型改进后,H.E.Milter建立了Marks[7]。近几十年来,各种火灾模型不断被建立,并且被应用于具体的火灾事故模拟、安全疏散、设计领域等各个方面。
哈佛大学的埃蒙斯教授首先在美国提出场区模拟。他把空间进行划分,然后根据模拟得到的实验结果和数据,确定研究对象之间是如何相互影响的。这个理论能更好地反映燃烧的整个过程,并且为区域模拟奠定了理论基础。
此后,西方许多国家又进行了更深一步的研究,建立了新的消防研究模型,为消防研究领域做出了新的贡献。目前有74种类型的建筑火灾计算机模型:描述探测器和喷头在火灾中的响应的模型、安全疏散人员的模型以及计算建筑部件的耐火极限来模拟火力发电环境(主要是温度),火灾烟气流量模拟等[8,9]。
2、国内研究现状
虽然国内关于火灾模拟的研究还比较落后,但国内的科学家在研究火灾烟气方面取得了巨大的成就,并在研究内容以及研究方式上有了极大的创新性和实用性[10]。
在中国科学技术大学范维澄教授的指导下,大批高素质的科研队伍接受了传热传质、燃烧、测量方法、开式流动和计算机模拟等方面的培训。近年来,在火灾科学研究领域也取得了许多成就,火灾对偶理论以及相关理论已经初步形成[11]。
上海消防科学研究所也进行了类似的研究。研究的重点是火灾期间烟气的扩散引起的各种参数的变化以及SMOUC火灾模拟计划的制定[12]。
重庆大学的刘方、严治军、傅湘西等在中庭和大空间发生火灾时对烟气流出、控制器、报警装置和探测器也做了很多工作[13-15]。
武汉科技大学的乐增等人利用FDS软件模拟学生公寓楼内的火灾而得到烟气传播的规律[5]。