CFAST是一种计算机火灾与烟气在建筑物内蔓延的区域模拟软件程序,可以用来预测用户设定火源条件下建筑物内的火灾环境,*多可以计算多达30个房间的结构形式。CFAST用户需要输入建筑物内多个房间的几何尺寸和连接各房间的门、窗开口情况、围护结构的热物性参数、火源的热释放速率或烧损率以及燃烧产物的生成率。该模型可以预测各个房间内上部烟气层和下部空气层的温度、烟气层界面位置以及气体浓度随时间的变化。它同时还可以计算壁面的温度、通过壁面的传热以及通过开口的质量流量。
CFAST还能处理机械通风和存在多个火源的情况。
CFAST模型将每个房间分为上下两个区域,通常一、CFAST模型简介称之为层。假设在每一层内温度、烟气、浓度等状态参数都是均匀的,通过求解每层能量、动量和质量的守恒方程能够得出上述参数的变化。对每个房间的上、下层,可分别写出守恒方程如下。
(1)(2)(3)式中,、:分别为上下气层的质量变化率;1、质量守恒方程:3、组分守恒:2、能量守恒方程:和:上下气层的温度;:火源的释热速率,若没有火源则该忽略该项;和:上下气层热流量,包括对流、传导和辐射换热;:压力和:上下层的体积;:热烟气层的组分的质量;:冷气层中组分的质量分数;热烟气层的组分的质量分数;、:上下气层的组分的质量变化率。下标为房间号,为燃烧组分的序号,表示上层,表示下层。
根据某仓储式超级市场的AUTOCAD工程图所给建筑数据,结合建筑结构将超市整体空间划分为12个部分,分别是Compartment1DCompartment12 。
在Compartment确定之后,将超级市场AUTOCAD的建筑数据输入CFAST程序,并根据实际情况在Compartment1,Compartment3,Compartment4,Compartment6,Compartment9设置风口通向室外,其中通风口width=4,sill=2,soffit=4.起火开始时的环境温度293.15K,相对湿度30%,大气压101300Pa,模拟的时间1000s,模拟过程的计算数据Spreadsheet以STORE-1.HI和STORE-1.TXT文件保存。
按照规范的要求该超市不采用机械通风排烟,使用自然通风排烟方式。自动扶梯使用特级防火卷帘,起火后报警系统动作卷帘自动落下,将楼层之间自动扶梯占用的空间封闭,形成独立的防火分区,7部疏散楼梯属于封闭式防烟楼梯间,所以不考虑烟气通过楼梯间和自动扶梯向上下蔓延。考虑到从*不利原则出二、CFAST模型的建立1、CFAST数据的输入发,所以水喷淋系统起火报警后暂不动作。根据危险源辨识的结果,结合该工程的实际情况火灾起火点设在Compartment1熟食加工区和Compartment8小吃城内,假设火灾*大热释放速率为1MW的中速火 。
通过对输入参数的运算,得到CFAST模型 。
熟食加工区位于超市的*西部,火源位置设在熟食加工间,其*大热释放速率为1MW的中速火,起火后根据危险源辨识设定水喷淋系统不动作,自然排烟系统依靠与其相通的11个区域内的5个通风口排烟。
起火后Compartment1,Compartment2,Compartment3的烟气层流动温度、高度随时间的变化数据由STORE-1.TXT输出。
小吃城区位于超市的东北部,火源位置设Compartment8在小吃城的柜台上,其*大热释放速率为1MW的中速火,其他条件与熟食加工区一致。
火灾场景发生时烟气层的温度、热释放速率和高度的计算结果曲线见图8.烟气层的模拟过程分析与Compartment1熟食加工区烟气运动模拟相类似,为简便起见将Compartment三个为一组合起来分析。
4、Compartment8小吃城区烟气运动模拟Compartment1至Compartment12的烟气层流动高度随时间的变化数据由STORE-2.TXT输出,如下表9所示。
通过CFAST对超级市场火源设定在熟食加工间烟气蔓延进行模拟,从整体的角度看,在超市的整个空间内从Compartment1到Compartment12烟气层的高度随时间增长而降低,烟气层上层的温度以及热释放速率变化不大。
从单个腔室的角度看,在1000秒的模拟时间内,不同的Compartment的烟气层上层的温度以及热释放速率变化大致相同,但是烟气层沉降高度随时间的变化是不一样的,例如火源位置Compartment1的烟气层沉降不大,其距离地面的高度为3.78米,而位于超市中部Compartment7烟气层则几乎降到了地面,距离地面0.04米。如图11Compartment1、7、12烟气层温度和高度曲线所示。
三、CFAST区域模拟烟气层蔓延结果1、火源在熟食加工间CFAST模拟结果处于距离起火位置*远处的Compartment12的烟气层的沉降速度不快,在1000秒的模拟时间内没有达到1.8米的危险高度,其高度只有2.36米,处在安全高度之上。
在整个区域模拟过程中,超市的O的浓度变化不明显,CO、CO浓度从Compartment1到Compartment12依次递减,到了距火源*远端Compartment12的CO浓度将为零。
通过CFAST对超级市场火源设定在小吃城烟气蔓延进行模拟,烟气从起火区域Compartment8到相邻区域Compartment9烟气层的高度随时间增长而降低不大,在1000秒时分别为3.81米和2.81米,没有达到烟气层的危险高度1.8米。
而相邻的区域Compartment10到Compartment12,烟气层的高度变化非常快,随时间增长迅速降低,1000秒时其高度分别为1.92米、1.29米、0.47米。其中Compartment12在341秒时达到烟气层的危险高度1.8米。
2、火源在小吃城的CFAST模拟结果与着火区域相邻的Compartment4、5、6和Compartment10、11、12这些区域的上层烟气温度变化不大,热释放速率基本维持在4000W附近。
通过分析CFAST烟气模拟计算数据结果,可以得出在整个超市的烟气蔓延过程中,起火部位的烟气层沉降高度较少,距火源较远的区域沉降次之,而整个超市靠近火源的中部区域烟气层高度沉降*大,速度*快,危险到来的时间也*短。