淺析火災(zāi)煙氣的流動及控制

1、課程論文成績： 評語： 任課教師簽字： 年 月 日淺析火災(zāi)煙氣的流動及控制2015級，安全工程，*摘要：隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，高層建筑在全國一些大中型城市像雨后春筍般地蓬勃發(fā)展起來，隨之而來的高層建筑火災(zāi)也越來越多，火災(zāi)中所產(chǎn)生的煙氣會對受災(zāi)人群及撲救人員造成傷害，所產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)對高層建筑火災(zāi)的危害越來越明顯，是導(dǎo)致人員傷亡的重要原因，因此要達到在火災(zāi)初期階段最大程度降低人員和財產(chǎn)損失的目的，就必須深入了解研究火災(zāi)煙氣的特征、流動規(guī)律，并以此為依據(jù)對火災(zāi)煙氣的產(chǎn)生和運動進行控制。關(guān)鍵詞:火災(zāi)煙氣；流動狀態(tài)；煙囪效應(yīng)，防排煙系統(tǒng) 有燃燒或熱解作用所產(chǎn)生的懸浮在氣相中的可見的固體和液體微

2、粒稱為煙或煙粒子。含有煙粒子的氣體稱為煙氣。在火災(zāi)發(fā)展過程中產(chǎn)生的煙氣稱為火災(zāi)煙氣，火災(zāi)煙氣是建筑火災(zāi)中導(dǎo)致人員傷亡的主要因素之一，因此火災(zāi)煙氣的控制是建筑防火性能化設(shè)計的重要內(nèi)容，與人員安全疏散設(shè)計密切相關(guān)， 開展火災(zāi)煙氣控制系統(tǒng)的性能化設(shè)計必須了解火災(zāi)煙氣特征及流動規(guī)律。1 火災(zāi)煙氣的組成火災(zāi)煙氣的組成成分取決于可燃物的化學(xué)組成和燃燒條件，大部分可燃物都屬于有機化合物，主要由碳、氧、氫、硫、磷、氮等元素組成。其中碳、氫、氧、硫、磷等燃燒時分別生成二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、二氧化硫和五氧化二磷等產(chǎn)物。氮在燃燒過程中不起反應(yīng)而呈游離狀態(tài)析出，氧在燃燒過程中被消耗掉了?？扇嘉镌诓煌耆紵龝r，會

3、同時生成完全燃燒產(chǎn)物和不完全燃燒產(chǎn)物。含碳多的物質(zhì)在缺氧條件下燃燒時還將產(chǎn)生大量的碳粒子。1.1 單質(zhì)燃燒產(chǎn)物一般單質(zhì)在空氣中完全燃燒，其產(chǎn)物為構(gòu)成該單質(zhì)的元素的氧化物，如碳、氫、硫等。1.2 化合物燃燒產(chǎn)物在空氣中燃燒除生成完全燃燒產(chǎn)物外，還會生成未完全燃燒產(chǎn)物。分子化合物會熱裂解，并進一步燃燒，其中一氧化碳為最典型的未完全燃燒產(chǎn)物。1.3 木材燃燒產(chǎn)物木材的主要成分是纖維素 ，木材受熱之后發(fā)生裂解，生成不完全燃燒產(chǎn)物，在左右開始，主要生成二氧化碳、水蒸汽、甲酸、乙酸、一氧化碳及各種可燃氣體等。1.4 合成高分子材料燃燒產(chǎn)物高分子材料在受熱中會伴有熱裂解，并產(chǎn)生有毒或有刺激氣體，如氯化氫、氮

4、氧化物、氰化氫等。2 火災(zāi)煙氣的危害2.1 火災(zāi)煙氣的毒害性研究表明，火災(zāi)死亡的人員中有50是吸入有毒物質(zhì)引起的?；馂?zāi)煙氣中含有大量有毒成分，如CO、HCH、SO2、NO2等，這些氣體對人體的傷害都很大，如CO2，作為主要的燃燒產(chǎn)物之一，在火場中濃度可達15，它最主要的生理作用是刺激人的呼吸中樞，導(dǎo)致呼吸急促，煙氣吸入量增加。再比如CO，是火災(zāi)中傷害性最強的主要燃燒產(chǎn)物之一，其毒性在于對血液中的血紅蛋白的高親和性，其對血紅蛋白的親和力比氧高出250倍，能夠阻礙人體血液中氧氣的輸送，引起頭痛、虛脫、神志不清等癥狀和肌肉調(diào)節(jié)障礙等。2.2 火災(zāi)煙氣的高溫火災(zāi)煙氣具有較高的溫度，這對人也是一個很大的

5、危害。人體皮膚溫度約為45時就會有痛感，吸入150或者更高溫的熱煙氣將引起人體內(nèi)部的灼傷。2.3 火災(zāi)煙氣的減光性火災(zāi)煙氣中的煙粒子對可見光是不透明的，其直徑只有幾微米到幾十微米，對可見光有完全的遮蔽作用。當(dāng)煙氣擴散彌漫時，可見光因受到煙粒子的遮蔽而大大減弱，使能見度大大降低。同時，煙氣中的有些氣體，如HCH、NH3、SO2等等，對人的眼睛有不同程度的刺激作用。使人們在疏散過程中視力無法達到正常視程，進而影響疏散速度。2.4 火災(zāi)煙氣的恐怖性火災(zāi)發(fā)生時常常濃煙密布，特別是轟然發(fā)生后火焰和煙氣將沖出門窗，烈焰熊熊，濃煙滾滾，使人們驚慌失措，恐怖萬分，亂作一團，這樣也會影響到人們的疏散速度，造成更

6、大的傷亡。3 火災(zāi)煙氣的流動火災(zāi)時 ,隨著可燃物的不斷燃燒，大量的煙和熱隨之產(chǎn)生，形成了熾熱的煙氣流。由于浮力的驅(qū)動，使煙氣攜帶高溫在建筑內(nèi)處于流動狀態(tài)。浮力越大，流動速度也越快。3.1 煙氣在房間內(nèi)的流動在著火房間中，從起火點上升的煙氣和火源上方的火焰形成火羽流，火羽流豎直擴散遇到頂棚后，便向四周水平擴散，形成頂棚羽流；遇到墻壁或障礙物向下降，形成墻羽流。隨著火災(zāi)的發(fā)展，煙層不斷由下向上，再由上向下積聚，向室外或走廊擴散。如果門窗一直緊閉，煙氣層將繼續(xù)增厚。隨著壓力增加到極限，門窗上的玻璃將在熱應(yīng)力的作用下破碎，高溫?zé)煔鈱拈T窗洞口噴射而出，形成窗口射流，如圖1。圖1 煙氣在房間內(nèi)的流動3.

7、2 煙氣在走廊內(nèi)的流動走廊內(nèi)的煙氣，開始即貼附在天棚下流動，由于受到冷卻及與周圍空氣的混合，煙氣層則逐漸加厚，靠近天棚和墻面的煙氣易冷卻，先沿墻面下降，隨著流動路線的增長和周圍空氣混合作用的加劇，煙氣逐漸下降而失去浮力，最后只在走廊中心剩下一個圓筒形空洞，如圖2。圖2 煙氣在走廊內(nèi)的流動3.3 煙氣在高層建筑中的流動建筑物火災(zāi)過程中，建筑物內(nèi)部的溫度往往高于外部溫度，因此建筑物內(nèi)空氣密度比外部小，在密度差和高度差的的共同作用下，形成建筑物豎井內(nèi)外壓差，而這種由內(nèi)外溫差引起的壓力差，稱為熱壓差。熱壓產(chǎn)生的通風(fēng)效應(yīng)稱為“煙囪效應(yīng)”。建筑物內(nèi)如圖3所示，設(shè)豎井高H，內(nèi)外溫度分別為Ts和T0，s和0分

8、別為空氣在溫度Ts和T0時的密度，g是重力加速度，當(dāng)建筑地平面的大氣壓力為P時，設(shè)離開地平面高度H上方的某點壓力為Ps，可按下式計算： 圖3 建筑物中性面3.3.1 正煙囪效應(yīng)如圖所示，當(dāng)冬天或建筑發(fā)生火災(zāi)后，煙氣充滿建筑物內(nèi)時，氣溫存在內(nèi)熱外冷條件。 4 理解繼承反?，F(xiàn)象4.1 區(qū)別Inheritance和Subtyping綜合各種觀點,要理解和解釋繼承反常現(xiàn)象,首先必須正確區(qū)別inheritance層次和subtyping層次,并深刻領(lǐng)會二者的聯(lián)系6,7.對于這個問題,文獻1,8的觀點是比較權(quán)威的.在此基礎(chǔ)上,我們的理解是:Inheritance是在代碼層次上作修改,而subtyping是

9、在語義層次上作修改.前者是代碼共享的一種重要途徑,但不能保證subclass能夠繼承superclass的行為;后者要求subtype保持supertype的某種外部可觀察行為(或語義行為),在規(guī)范一級共享,同代碼沒有關(guān)系.Inheritance層次關(guān)系可以理解為“is_similar_to”(或“l(fā)ike”)的關(guān)系,而將“is_a”關(guān)系更適合用在理解subtyping層次關(guān)系上命題1. 設(shè)RÍRL,R¢ÍR,R定義的Class范疇為CR,R¢定義的Class范疇為CR¢,則CR¢是CR的子范疇,并稱之為CR的子Class范疇.推論1

10、. 任何RÍRL定義的Class范疇CR都是CL的子Class范疇.4.2 漸增式繼承Subtyping要求subtype保持supertype的某種行為(可看作是一種不變量,比如同步約束)10.Subclass在增加新的屬性或方法時,為了避免破壞這種不變量,難免要對繼承的代碼進行擴展或修改.這種擴展或修改很可能是重大的或?qū)嵸|(zhì)性的,結(jié)果使得代碼共享失去意義.這便是繼承反常的直觀含義.假定非線性優(yōu)化問題:(1)InternetResponseRequestBrowserFront end serverBack end server serverBack_end serverBack_e

11、nd server.圖2 基于標(biāo)記的緩存協(xié)作DWSS系統(tǒng)框架的近似解為,其中由邊界條件決定.確定其余幾個Bézier系數(shù)是一個非線性約束優(yōu)化問題.我們采用基于一維線性搜索的整體收斂的Newton迭代方法來求解.其基本的迭代格式為基于TB-CCRD的新系統(tǒng)采用與Linux直接路由式虛擬服務(wù)器相同的框架結(jié)構(gòu)11.如圖2所示,DWSS的各個后端服務(wù)器通過高速以太網(wǎng)相互連接,它們屏蔽ARP協(xié)議,并擁有與前端機相同的IP(記為vIP)和Web服務(wù)端口號(記為vPort),在用戶看來,這個系統(tǒng)就相當(dāng)于一個IP地址為vIP,服務(wù)端口號為vPort的Web服務(wù)器.在新系統(tǒng)中,前端機負責(zé)接收來自用戶的

12、數(shù)據(jù)包,發(fā)放用于指示處理該數(shù)據(jù)包最適當(dāng)?shù)姆?wù)器ID(可以是后端機在系統(tǒng)內(nèi)部的標(biāo)識符,也可以是它的MAC地址)的標(biāo)記,并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包;后端機則負責(zé)處理由前端機轉(zhuǎn)發(fā)而來的用戶數(shù)據(jù)包并直接回應(yīng)用戶,具體包括建立/拆除與用戶的TCP連接、TCP連接轉(zhuǎn)交以及提供URL內(nèi)容等工作.4.2.1 定義繼承反?，F(xiàn)象本節(jié)是對上述觀點的形式化描述,可與第2.2節(jié)對照閱讀.范疇論的觀點層次較高,易于抽象出問題的本質(zhì).與程序P在F下運行等價的錯誤影響程序PF有(2)InitPF=InitP,VarPF=VarF,UnitPF=ðA1ÅF;A2ÅF;AnÅF,WherePF=Wher

13、ePÙFaultAssumptionF.4.2.2 解釋繼承反?，F(xiàn)象例1:在談到順序面向?qū)ο笳Z言時,一般不涉及繼承反常現(xiàn)象.這是因為,這類語言L都默認一個特殊的subtyping關(guān)系p(由RL定義的完整inheritance層次關(guān)系被默認為相應(yīng)于p的漸增式繼承關(guān)系),它對應(yīng)的Type范疇記為TL,滿足:CL實現(xiàn)TL,實現(xiàn)函子為F:"A(AÎob CL®FA=type(A).L無p-繼承反常.因為順序面向?qū)ο笳Z言不提供定義subtyping關(guān)系的機制,所以這種默認的subtyping關(guān)系是語言中惟一的subtyping關(guān)系,這些語言L無繼承反常.5 結(jié)束語

14、本文形式地給出了“繼承反常現(xiàn)象”的一種一般性定義.定義對每一種Subtyping關(guān)系都有其相對應(yīng)的“漸增式繼承”,使其更具有普適性.文中“漸增式繼承”是一個相對的概念,這有助于對人們“使繼承反?，F(xiàn)象得到緩解”的努力得以分類和評價.致謝 在此,我們向?qū)Ρ疚牡墓ぷ鹘o予支持和建議的同行,尤其是北京大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)系袁崇義教授、屈婉玲教授領(lǐng)導(dǎo)的討論班上的同學(xué)和老師表示感謝.（致謝可省略）參考文獻:1 孫家廣, 楊長青. 計算機圖形學(xué)M. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1995, 26-28. 2 Skolink M I. Radar handbookM. New York: McGraw-Hill, 1990. 3 李旭東, 宗光華, 畢樹生等. 生物工程微操作機器人視覺系統(tǒng)的研究J. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報, 2002, 28(3): 249-252. 4 ZHAN