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两种烟气生成量计算方法的比较分析

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导读：对烟气生成量的计算，有不同的计算方法，并且不同计算方法得到的烟气生成量差别较大。

两种烟气生成量计算方法的比较分析

关键词：烟气生成量，苏联方法，Heskestad模型

1、前言

火灾烟气是建筑火灾中造成人员死亡的重要因素，《高层民用建筑防火设计规范》[1]对排烟设计作了详细规定。近年来，随着经济的发展、装修标准的提高，普通民用建筑的火灾危险性越来越大，新版的《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)[2]增加了排烟相关内容。同时，随着性能化设计方法的广泛应用，人们对排烟设计有了更深层次的理解，设计人员对特定火灾场景进行定量计算，得到量化的烟气生成量和一定时间内的烟气沉降高度，从而计算得到排烟量。

排烟量的计算是排烟设计中的重要步骤，只有正确计算出排烟量，才能合理设计排烟系统，保证人员的安全疏散和成功的消防扑救。然而，对烟气生成量的计算，有不同的计算方法，并且不同计算方法得到的烟气生成量差别较大。本文选取两种常用的烟气生成量计算方法进行比较分析，以得到对两种不同烟气生成量计算方法的正确认识，为排烟设计提供一定的指导。论文检测。

2、两种烟气生成量计算方法

2.1 前苏联烟气生成量的计算

前苏联把可燃物质的发烟系数作为有关物质的火灾危险性指标之一，所谓发烟系数是指单位质量物质在燃烧时所生成的能见度达到临界危险值时的烟气容积，
(m3/kg)。烟气光学浓度的临界危险值一般取0.5 m-1。表1是某些液体的发烟系数
值[3]。表1 某些液体的发烟系数
液体名称#FormatImgID_3# （m3/kg）
丁醇75～80
汽油230～256
乙醚200～330
环乙烷435～470
甲苯527～562
柴油589～620









　　2.2 Heskestad烟气生成量的计算

Heskestad模型[4]把卷吸进羽流的空气量看作是烟气生成量，它可以估算为整个烟羽流在烟层以下的空气卷吸量。论文检测。烟气生成量的公式为：

， (z>zl)(1)
(z
zl)(2) 其中，
为烟气生成量，kg/s;
为对流热释放速率，
;
;
为烟气层高度，
;
为虚点源位置，
;
为平均火源高度，
。

虚点源位置公式为：

(3) 其中，
为热释放速率，
;D为火源当量直径，
。

平均火焰高度公式为：

(4)

3、两种计算方法的比较

文献5[5]对不同尺寸油盘柴油的热释放速率和燃烧速率进行了测定。本文选取0.5 m×0.5 m和0.6 m×0.6 m两种尺寸的油盘进行分析研究，两种尺寸油盘的热释放速率、燃烧速率等燃烧参数见表2，两种尺寸油盘的烟气生成量等参数也列在表2中。

对于柴油的发烟系数，本文取其平均值，根据表1中的数据，可知柴油的发烟系数为604.5 m3/kg，根据表2中的燃烧速度，可得根据前苏联方法计算得到的烟气生成量。

表2 两种不同尺寸火源的特性参数

油盘尺寸(m2)0.5 m×0.5 m0.6 m×0.6 m
有效直径D(m)0.560.68
热释放速率(kW)145.3227.8
对流热释放速率(kW)101.7159.5
燃烧速度(kg/s)0.00410.0065
虚点源位置(m)0.0370.035
平均火焰高度(m)1.151.37
苏联方法的烟气生成量(m3/s)2.483.94

用Heskestad方法，可以计算出0.5 m×0.5 m和0.6 m×0.6 m两种不同尺寸的油盘在不同烟气层高度下的烟气生成量。

图1和图2分别列出了两种不同尺寸火源用不同方法得到的烟气生成量。

图1 0.5 m×0.5 m油盘烟气生成量

图2 0.6 m×0.6 m油盘烟气生成量

从图1和图2可以看出，对Heskestad模型，烟气生成量随着烟气层高度的增大而增大，不同烟气层高度下，烟气质量相差很大。如对于0.5 m×0.5 m油盘，烟气层高度为30 m时，烟气生成量为96 kg/s，当烟气层高度为1.5 m时，烟气生成量为0.82 kg/s，前者是后者的118倍;对于0.6 m×0.6 m油盘，烟气层高度为25 m时，烟气生成量为82.4 kg/s，当烟气层高度为2 m时，烟气生成量为1.49 kg /s，前者是后者的57倍。然而，在不同烟气层高度下，火源功率一样，燃料的失重速率一样。如前苏联方法所述，生成同浓度的烟气体积应是一样的，如用前苏联方法，对于0.5 m×0.5 m油盘，烟气生成量为2.98 kg /s，对于0.6 m×0.6 m油盘，烟气生成量为4.73 kg /s，这两种情况下，烟气的能见度都为0.5 m-1。

Heskestad烟气生成量表示的`是卷吸热气团的量，在火源功率一定的情况下，烟气层高度越高，烟气生成量越大，生成烟气的浓度越低。论文检测。因为烟粒子的减光系数与颗粒浓度呈线性关系[3]，所以颗粒浓度的变化可以反映光学浓度的变化。图3和图4表示的是0.5 m×0.5 m油盘和0.6 m×0.6 m油盘不同烟气层高度下烟气光学浓度的变化。从图中可以看出，烟气层高度不同时，所生成烟气的光学浓度差别很大，如对于0.5 m×0.5 m油盘，烟气层高度为30 m时，所生成烟气的光学浓度为0.016 m-1，当烟气层高度为0.5 m时，烟气生成量为6.0 m-1，后者是前者的375倍。

图3 0.5 m×0.5 m油盘烟气减光系数

图4 0.6 m×0.6 m油盘烟气减光系数

目前性能化设计中用的烟气生成量公式，主要是以Heskestad模型为主的几个模型，这些公式只考虑了生成热气体的量，而没有考虑所生成烟气浓度的大小，例如对0.5 m×0.5 m油盘，当烟气层高度为2.0 m时，烟气生成量为1.0 m3/s。而按照前苏联方法，0.5 m×0.5 m油盘得到的烟气生成量为2.48 m3/s，因为前苏联方法对应的烟气光学浓度为是0.5 m-1，，此时Heskestad模型对应的烟气光学浓度为1.2 m-1。

4、结论

对于前苏联和Heskestad这两种不同的烟气生成量的计算方法，Heskestad烟气生成量计算方法表示的是卷吸热气团的量，没有考虑烟气光学浓度的变化，而前苏联烟气生成量计算方法表示的是单位质量物质在燃烧时生成的具有一定能见度的烟气的容积。之所以产生计算值上的较大的差距，是因为两种方法计算过程中考虑的因素不同，计算方法的理论依据不同，所以得到的结果也不同。

通过本文的分析可以看出，目前常用的火灾烟气生成量计算方法由于各自的理论依据不同，使用不同的方法得到的计算结果会产生比较大的偏差，而烟气生成量的计算是建筑物进行排烟设计的基础依据。所以，在进行建筑物排烟设计时，要综合考虑火源类型、烟气层维持高度以及能见距离等各方面因素，合理进行烟气生成量的计算，从而设计出安全合理的排烟系统。

参考文献

[1] GB50045-95, 高层民用建筑设计防火规范(2005年版)[S]. 北京: 中国计划出版社.

[2] GB50016-2006, 建筑设计防火规范(2005) [S]. 北京: 中国计划出版社.

[3] 赵国凌. 防排烟工程[M]. 天津: 天津科技翻译出版公司.

[4] Dinenno P J. SFPEHandbook of fire protection engineering[M]. Third Edition. Quincy, MA, USA: The National Fire Protection Association, 2002: 794.

[5] 易亮. 中庭式建筑中火灾烟气的流动与管理研究[D]. 中国科学技术大学博士学位论文, 2005.

标签：烟气 生成量 计算方法

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