李昌厚，陳 穎，李思成

（中國人民武裝警察部隊學院，河北 廊坊，065000）

0 引言

隨著我國城市化進程的加快，高層和超高層建筑得到了迅速發(fā)展，這類建筑在給人們帶來便利和舒適的同時，也隱藏著很多火災隱患［1］。資料表明，當建筑發(fā)生火災時，火災煙氣是造成人員大量傷亡的主要原因［2］。建筑中導致煙氣蔓延的驅(qū)動力主要有熱浮力、熱壓（煙囪效應）、膨脹力、室外風、通風空調(diào)系統(tǒng)和電梯的活塞效應等［3－5］，火災煙氣在上述驅(qū)動力的作用下從著火房間蔓延至建筑內(nèi)的其它部位。其中，煙氣從著火房間經(jīng)由疏散走廊進入樓梯間并向建筑上部蔓延是煙氣蔓延的主要途徑，而疏散走廊和樓梯間作為建筑內(nèi)人員疏散的重要途徑，一旦被煙氣侵入，會嚴重影響建筑內(nèi)人員的安全疏散，同時也會增加消防救援工作的難度［6］。研究表明，煙氣進入疏散走廊后，走廊遠端煙氣中毒性成分的濃度仍然可以達到致命濃度［7］。因此控制煙氣在建筑內(nèi)蔓延擴散，可以有效減少火災煙氣造成的人員傷亡。

高層建筑由于高度高，在豎向通道中由溫差和高度共同引起的煙囪效應會更加顯著，對火災發(fā)生后的煙氣流動產(chǎn)生更大的影響［5］，同時建筑高度和熱壓作用的大小也會對疏散走廊中煙氣的運動產(chǎn)生影響［8］。另外，研究表明，室外風風速隨高度的增加成指數(shù)增長［9］，因此室外風作用于高層建筑形成的風壓分布更明顯，且當某高層建筑周圍有其它高層建筑時，流經(jīng)該建筑的風速會更大［10］。當室內(nèi)發(fā)生轟燃后，火災高溫會誘發(fā)外窗玻璃等脆性材料破裂［11］，導致室外風灌入著火房間，使煙氣在建筑內(nèi)的輸運過程變得更加復雜而難以控制。同時，高溫引起的熱浮力也是驅(qū)使火災煙氣從著火房間蔓延至相鄰空間的重要驅(qū)動力［5］。

綜上，由于高層建筑特殊的高度及結(jié)構(gòu)功能特性，其熱壓和室外風壓的作用較一般建筑會更明顯，對建筑內(nèi)煙氣運動的影響也更顯著，加之熱浮力引起煙氣在水平與豎直方向上的蔓延，因此有必要對熱壓、室外風壓及熱浮力作用下建筑內(nèi)火災煙氣輸運規(guī)律進行研究，從而為高層建筑煙氣優(yōu)化控制提供理論基礎(chǔ)。

1 熱浮力作用下火災煙氣運動

當室內(nèi)發(fā)生火災后，著火房間內(nèi)的可燃物燃燒生成大量高溫煙氣，由于熱煙氣密度小于周圍空氣，二者的密度差產(chǎn)生熱浮力，驅(qū)動煙氣向上流動，并在到達頂棚后形成頂棚射流，當熱煙氣層越過著火房間房門的上緣時，煙氣便會進入走廊，并向走廊遠端流動［12］。著火房間內(nèi)的熱煙氣與相鄰空間內(nèi)的冷空氣之間的密度差產(chǎn)生的熱浮力大小可表示為［13］：

式中，△Pb為熱浮力產(chǎn)生的壓差，Pa；h為測點高度，m；HN為著火房間的中性面高度，m；ρa為周圍空氣的密度，kg／m3；ρg為熱煙氣的密度，kg／m3；g 為重力加速度，m／s2。

由理想氣體狀態(tài)方程和公式1可得，熱浮力的大小與室內(nèi)外溫差有關(guān)，當疏散走廊與著火房間的溫差增大時，熱浮力作用對煙氣的驅(qū)動的效果將更顯著。

熱浮力引起的煙氣流動主要是垂直流動和水平流動，其中垂直流動主要發(fā)生在建筑的豎井結(jié)構(gòu)中，而水平流動通常是指煙羽撞擊頂棚后形成的頂棚射流。單純熱浮力作用下，煙氣在豎井中的流動會使豎井內(nèi)溫度升高，導致豎井與相鄰外界環(huán)境的溫差增大，煙囪效應逐漸增強，豎井內(nèi)煙氣流動的驅(qū)動力由單純的熱浮力作用變?yōu)闊岣×蜔焽栊餐饔茫?4］，且煙囪效應逐漸成為主導驅(qū)動力，熱浮力的作用可基本忽略。

驅(qū)使火災煙氣由著火房間進入疏散走廊的驅(qū)動力除了熱浮力外還有膨脹力，Chow 和Gao［13］對兩驅(qū)動力的相對大小進行了研究，并提出無量綱數(shù)B來確定二者的相對大小，B 的計算公式如下：式中，Gr為格拉曉夫數(shù)，Re為雷諾數(shù)。又Gr ＝

式中，g 為重力加速度，m／s2；△ρ 為室內(nèi)外氣體的密度差，kg／m3；澆 為平均密度，kg／m3；為房間開口的特征直徑（通常取長度或?qū)挾鹊钠骄担?，m；v為運動黏度；△P 為著火房間與室外環(huán)境的壓差，Pa。得到：

當B＜0．1時，膨脹力作用占主導地位，熱浮力引起的煙氣流動可以忽略；當B＞10 時，熱浮力是導致煙氣流出著火房間的主要驅(qū)動力。

火災煙氣進入疏散走廊后，煙氣在熱浮力驅(qū)動下水平流動，其流動速度的大小關(guān)系到人員在走廊中疏散的可用疏散時間。國內(nèi)外學者就熱浮力驅(qū)動下走廊中煙氣的運動進行了大量研究。其中，Hinkley［15］推導出熱浮力作用下疏散走廊中煙氣單向流動的速度衰減公式，計算公式如下：

式中，g 為重力加速度，m／s2；Q 為火源的熱釋放速率，kw；T 為距火源某一水平距離處的煙氣溫度，K；cp為煙氣的比熱；ρ0為周圍空氣的密度，kg／m3；T0為周圍環(huán)境溫度，K；W 為疏散走廊寬度，m。

Kim［16］利用激光片光源觀察煙氣在一條11．83m×2．83m×2．3m 的走廊中的運動，并將煙氣流動速度的測量結(jié)果與用Hinkley公式計算的結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)公式計算的結(jié)果較實際測量結(jié)果大20%左右。He［17］在研究了Kim 的實驗后，發(fā)現(xiàn)Kim 實驗中煙氣在走廊中是雙向流動，而Hinkley的公式假設走廊中的煙氣是單向流動，因此公式的計算結(jié)果偏大。He假設煙氣進入走廊后變成兩股對稱的煙流，并提出Hinkley的改進公式：

上式計算的煙氣流動速度比Kim 的實驗結(jié)果小5%左右，表明公式（5）可以較好的預測走廊中雙向煙氣流動的速度變化情況。

由于區(qū)域模型不能很好地模擬走廊等特殊結(jié)構(gòu)內(nèi)煙氣的運動過程，Jones［18］將走廊中煙氣的流動簡化為二維流動模型，并假設煙氣在流動過程中密度不變，提出雙區(qū)域模型中計算煙氣水平流動平均速度的簡化公式，計算公式如下：

式中，g 為重力加速度，m／s2；Q0為走廊煙氣的體積流率，m3／s；△ρ 為周圍空氣與煙氣的密度差，kg／m3；ρs為火災煙氣的密度，kg／m3；B 為疏散走廊寬度，m。

Jones在一長40 m 的全尺寸實驗臺進行了驗證實驗，發(fā)現(xiàn)公式（6）在實驗的前期較實驗結(jié)果大，實驗進行20s后，公式計算的結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。但該驗證實驗中的煙氣溫度最高僅為69．7℃，與實際情況相差較大，且公式（6）在推導過程中忽略了煙氣的密度變化和兩區(qū)域間的質(zhì)量交換，因此不能很好地預測實際火災中走廊煙氣的水平運動速度。

CFAST 在模擬熱浮力驅(qū)動下疏散走廊火災煙氣流動過程時，將走廊分為上下兩個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的溫度是一致的，這顯然不符合實際情況。對此，Bailey［19］等基于場模型提出了改善CFAST 的子模型，子模型中計算走廊中煙氣水平流動速度和煙氣溫度變化的公式如下：

式中，g為重力加速度，m／s2；d0為煙氣層厚度，m；△T為煙氣前端與環(huán)境空氣的溫差，K；Tamb為環(huán)境溫度，K；△T0為起始點煙氣與環(huán)境空氣的溫差，K；x為煙氣前端距起始點的水平距離，m。

為驗證該模型的可靠性，Bailey在一長8．51m的走廊中進行了火災實驗，實驗結(jié)果與該子模型的模擬結(jié)果吻合較好。但實驗中所用的走廊長度較短，而實際建筑中走廊的長度一般都遠大于8．51m，因此該子模型還需在較長的走廊中進行驗證。

Yang［20］認為火災煙氣從火源處上升撞擊頂棚后，由于與周圍冷空氣和墻壁發(fā)生了對流換熱，頂棚射流的熱釋放速率遠小于火源的熱釋放速率，因此Hinkley的公式中應用頂棚射流起點處的熱釋放速率來代替火源的熱釋放速率，計算公式如下：

式中，Qcv為頂棚射流起點處的熱釋放速率，其大小可用公式（10）計算得到：

式中，△T為頂棚射流的平均溫升，K；Vl為頂棚射流的體積流率，m3／s；ρa為周圍空氣的密度，kg／m3；Ta為周圍環(huán)境的溫度，K；cp為空氣的比定壓熱容；T為頂棚射流的溫度，K。

Yang將上式計算的結(jié)果與其在一條66．0m×1．5m×1．3m 的走廊中觀測的結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與實際觀測結(jié)果最大僅相差不足15%，說明公式（9）可以很好地預測走廊中煙氣的流動速度。

Hu［21］通過分析走廊中煙氣滿足的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒方程，推導出煙氣在走廊中流動時，溫度和速度衰減的計算公式：

式中，△T為煙氣前端距參考點x時的溫度變化，K；△T0為火源到頂棚之間的溫差，K；ρ為煙氣密度，m3／s；h為導熱系數(shù)，W／（m·K）；μ為煙氣流動速度，m／s；μ0 為參考點處煙氣流動速度，m／s；cf［22］為摩擦系數(shù)，通常取0．0055～0．0073；x0為參考距離，m。

Hu［21］通過分析在88．0m×8．0m×2．65m 的全尺寸走廊中得到的試驗數(shù)據(jù)，得出走廊中煙氣的溫度和速度滿足指數(shù)函數(shù)衰減，且其理論模型在長度不超過35m 的走廊中可以較準確地預測溫度和速度的衰減情況。

2 熱壓作用下火災煙氣運動

熱壓作用是由于建筑室外環(huán)境空氣與室內(nèi)空氣存在溫差引起的，其對建筑內(nèi)煙氣運動的影響最常見于建筑內(nèi)的豎井結(jié)構(gòu)，此時熱壓作用又稱為煙囪效應。雖然煙囪效應是由熱壓作用形成的，但不能將其與熱壓作用完全等同起來。煙囪效應的強弱除了與建筑高度和建筑內(nèi)外溫差有關(guān)外，還與建筑外圍護結(jié)構(gòu)的密閉性及建筑內(nèi)部隔斷等因素有關(guān)［23，24］。煙囪效應越強，火災煙氣在建筑內(nèi)的蔓延越迅速，進而對建筑內(nèi)人員的安全疏散造成更大的威脅，因此，研究煙囪效應對高層建筑內(nèi)煙氣運動的影響規(guī)律具有十分重要的意義。

在研究建筑內(nèi)的煙囪效應時，中性面是一個非常重要的概念，確定了中性面的位置，就可確定其上下方煙氣的不同流動狀況，進而確定煙囪效應對建筑內(nèi)煙氣運動的影響情況。Klote［25］通過理論分析，推導出側(cè)向連續(xù)開口和側(cè)向上下開口豎井的中性面位置的計算公式。其中，側(cè)向連續(xù)開口豎井的中性面位置計算公式為：

側(cè)向上下開口豎井的中性面位置計算公式為：

式中，Hn為中性面距豎井下緣的垂直距離，m；H 為豎井側(cè)向開口的高度，m；Tin為室內(nèi)氣體溫度，K；Tout為室外氣體溫度，K；Aa為上部開口的面積，m2；Ab為下部開口的面積，m2。

Harmathy［26］提出了一種不必考慮中性面位置即可計算不同開口工況下豎井內(nèi)部壓力分布的簡化模型，該模型中用于計算開口處壓差的計算公式為：

式中，Pa為室外環(huán)境壓力，Pa；Ps為豎井內(nèi)的壓力，Pa；g 為重力加速度，m／s2；ρa為周圍空氣的密度，kg／m3；T0為參照溫度，273K；Ta為室外氣體溫度，K；Ti為室內(nèi)氣體溫度，K；z 為開口中心點的高度，m；b的取值依據(jù)豎井的開口情況選擇，當豎井頂部開口時，b＝H（H 為豎井高度，m）；當豎井底部開口時，b ＝0；當豎井未開口時，b＝H／2。

由于煙囪效應與建筑外圍護結(jié)構(gòu)的密閉性有關(guān)，因此豎井內(nèi)門窗縫隙的變化都會對中性面的位置產(chǎn)生影響，對此，劉［27］進行了理論分析，并推導出首層門窗縫隙變化時中性面位置的計算公式：

式中，F(xiàn)j為首層縫隙變化前的縫隙總面積，m2；Fz為首層縫隙增加的面積，m2；H 為豎井高度，m；h 為各樓層的層高，m；Hn為中性面距豎井下緣的垂直距離，m；rw為室外空氣的容重，kg／m3；rn為室內(nèi)空氣的容重，kg／m3。

上述研究均認為煙囪效應只是豎井內(nèi)外壓差作用的結(jié)果，但張［28，29］認為煙氣進入豎井結(jié)構(gòu)后溫度仍然較高，由此產(chǎn)生的熱浮力作用也會影響煙氣在豎井中的運動，所以煙囪效應是熱浮力和豎井內(nèi)外壓差聯(lián)合作用的結(jié)果。為確定兩種作用力在煙囪效應中的相對大小，他將豎井分為近火源區(qū)和遠火源區(qū)。當l／L＜0．825（l為火源距豎井中心線的距離，L 為前室開口距豎井中心線的距離），即為近火源區(qū)時，豎井內(nèi)外壓差起主要作用；當l／L＞0．825，即為遠火源區(qū)時，火災煙氣的自身浮力起主要作用。

前人在計算中性面位置時，均假設樓梯間內(nèi)溫度是恒定不變的，孫［30］和Li［31］等人認為煙氣進入樓梯間后，其溫度會隨高度的增加而降低，且這一變化會影響中性面的位置。孫曉乾通過理論分析得出頂部和底部開口的樓梯間內(nèi)煙氣溫度隨高度的變化規(guī)律：

式中，Ti為“羽流入口區(qū)”的溫度，K；T0為環(huán)境空氣溫度，K；Z 為無量綱高度，是豎井內(nèi)任一高度z 與豎井高度H 的比值；β 為系數(shù)，與初始條件和豎井尺寸有關(guān)。

Li在孫研究的基礎(chǔ)上，通過理論推導和對1／3縮尺寸實驗數(shù)據(jù)的擬合，得到頂部、中部和底部均開口的豎井內(nèi)溫度隨高度的變化規(guī)律：

式中，Ts為某一高度處羽流的溫度，K。

上述二人雖然提出了豎井內(nèi)溫度隨高度變化的理論模型，但這些模型均假設豎井內(nèi)的煙氣與豎井壁面不發(fā)生熱交換，而對于高大的豎井結(jié)構(gòu)，這部分熱交換是不能忽略的。為此，X．Q．Sun［32］在公式（17）的基礎(chǔ)上考慮豎井內(nèi)煙氣與壁面間的對流換熱，得到了改進后的理論模型：

式中，A 為豎井的橫截面積，m2；H 為豎井高度，m；h為對流換熱系數(shù)，W／m2·K；cp為煙氣的定壓比熱，J／kg·K；m 為豎井內(nèi)煙氣的質(zhì)量流量，kg／s；D為豎井的特征長度，按公式（20）計算：

式中，L 為豎井長度，m；W 為豎井寬度，m。

Qi［33］認為Sun的模型中將豎井壁面溫度假設為與外界環(huán)境溫度相等是不合適的，這會使計算得到的煙氣溫度偏小。對此，他引入溫度衰減系數(shù)來計算豎井內(nèi)煙氣、豎井內(nèi)壁面、外壁面和外界空氣間的熱交換，得到的解析模型如下：

式中，Tshx為豎井內(nèi)x高度處的溫度，K；Tnf為非著火層溫度，K；Tf為著火層溫度，K；φ 為相對高度；x 為計算點高度，m；H 為豎井高度，m；α 為溫度衰減系數(shù)；P 為豎井周長，m；cp為煙氣的定壓比熱，J／kg·K；m 為豎井內(nèi)煙氣的質(zhì)量流量，kg／s；Rt為豎井內(nèi)外壁面間的熱阻，m2·K／W，其大小按公式（22）計算：

式中，hwi為豎井內(nèi)壁面與煙氣的對流換熱系數(shù)，W／m2·K；hwo為豎井外壁面與空氣的對流換熱系數(shù)，W／m2·K；W為豎井壁面厚度，m；λ為墻體的導熱系數(shù)，W／（m·k）。

3 室外風作用下火災煙氣運動

室外風流經(jīng)建筑時，會在建筑周圍產(chǎn)生壓力分布，這種壓力分布會影響建筑內(nèi)的煙氣流動。室外風作用在建筑外立面產(chǎn)生的風壓大小可表示為［9］：

式中，Ps為室外風作用到建筑表面產(chǎn)生的壓力，Pa；Cp為風壓系數(shù)；ρa為室外空氣密度，kg／m3；UH為室外風速，m／s。

風壓系數(shù)Cp與室外風風速的大小無關(guān)［34］，與建筑形狀、室外風風向、周圍建筑布局和建筑所處地形等因素有關(guān)。精確的風壓系數(shù)只能通過風洞試驗得到，對于形狀較規(guī)則的建筑，也可通過查閱相關(guān)試驗數(shù)據(jù)或進行場模擬得到［35］。

當室外風流經(jīng)矮寬的建筑時，氣流主要從建筑的頂部流過；當流經(jīng)瘦高的建筑時，氣流則主要沿建筑側(cè)面流動，少部分會流經(jīng)建筑頂部，因此對于高層建筑來說，室外風的影響面積更大［36］。雖然現(xiàn)代高層建筑外圍護物的密封性較好，室外風對建筑內(nèi)壓力的影響有所減弱，但由于可開啟外窗的存在，以及發(fā)生火災后玻璃等脆性材料的破裂，室外風仍會對建筑內(nèi)的壓力產(chǎn)生非常大的影響［37］，且由于室外風的風速和風向無時無刻不在變化，這些變化有可能導致室內(nèi)溫度迅速升高，使火災情況更加復雜，阻礙人員的安全疏散和消防員的應急救援［38］。因此，有必要對室外風作用下建筑內(nèi)煙氣的流動情況進行研究。

目前，國內(nèi)外對室外風的研究內(nèi)容主要是室外風對建筑的中性面及自然排煙效果的影響。其中，劉［39］和高［40］等研究了熱壓和室外風壓共同作用對建筑中性面的影響，得出熱壓和室外風壓可以完全分解，二者對中性面的耦合作用可認為是二者單獨作用結(jié)果的代數(shù)疊加。由建筑位于迎風面時新的中性面處熱壓與室外風壓的和為0可得中性面位置的計算公式為：

式中，N為單純熱壓作用時中性面所在樓層；k為計算樓層；us為建筑體型系數(shù)，取值參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》；h0為樓層層高，m；r0為室外空氣平均重率，N／m3；ri為建筑豎井內(nèi)空氣平均重率，N／m3；ρ為室外空氣密度，kg／m3；v0為B 類地貌、距地面10m 高度處的風速，m／s。

符［41］提出可用S值來判斷熱壓和室外風壓對中性面位置影響的相對強弱，S值的計算方法如下：

式中，V為標準高度10m 處的室外風速，m／s；H為建筑高度，m；△t為室內(nèi)外溫差，K。

由式25可知，當△t和H增大時，S減小，因而迎風面的中性面下降，背風面的中性面上升；當V增大時，S增大，所以迎風面的中性面上升，背風面的中性面下降。

通常情況下，當自然排煙口位于迎風面時，室外風在建筑迎風面形成較大的風壓，不利于煙氣的排出；當排煙口位于背風面時，室外風作用于建筑物會在排煙口處形成負壓區(qū)，加速煙氣的排出［42］。因此，研究室外風對自然排煙效果的影響對建筑煙氣控制具有指導意義。

當排煙口位于迎風面時，室外風會阻礙煙氣的排出，當風速增大至一定值時，自然排煙失效，此時的風速值稱為臨界失效風速。楊［43］通過建立排煙口處熱壓與風壓之和為0的等式推導出臨界失效風速的計算公式：

式中，g為重力加速度，m／s2；H為排煙口距地面的高度，m；△ρ為室外空氣與室內(nèi)煙氣的密度差，kg／m3；△Cw為總風壓系數(shù)，其值為補氣口所在壁面的附加風壓系數(shù)與排煙口所在壁面的附加風壓系數(shù)之差，ρ0為室外空氣密度，kg／m3。

由式26可得，臨界失效風速的大小與室外風作用于建筑上形成的風壓分布有關(guān)，因此在布置排煙口時，應根據(jù)常年盛行風作用于建筑形成的風壓分布情況，以減少室外風對自然排煙的不利影響。

當有室外風作用于建筑時，自然排煙過程通常是多驅(qū)動力共同作用的結(jié)果，對此，Poreh［44］通過理論分析熱浮力和室外風共同作用下采用自然排煙的中庭內(nèi)煙氣的流動，得到自然排煙中庭的臨界風速值Vt，其計算公式如下：

式中，B 為對 流浮力通量，m4／s3；h 為煙氣層厚度，m；A 為排煙口面積，m2；Cp為開口處的風壓系數(shù)。

當室外風速小于Vt時，室外風對煙氣的影響可以忽略；當室外風速大于2倍的臨界風速值時，熱浮力對煙氣的影響可以忽略，此時火災煙氣主要受室外風的驅(qū)動。但該公式未考慮煙氣在卷吸周圍空氣時的熱量損失，因此公式中的熱浮力較實際情況偏大，低估了室外風的作用。

施［45］等采用場－區(qū)模型模擬火災發(fā)生時高層建筑條形走廊內(nèi)的自然排煙過程，對有室外風作用時走廊自然排煙的效果進行了研究。模擬結(jié)果表明，當非起火側(cè)位于迎風面時，迎風面的排煙口在風速較小的情況下就會失效；當起火側(cè)位于迎風面時，大量高溫煙氣使排煙口處熱壓作用遠大于風壓作用，自然排煙仍有效。但該模擬工況中設置的室外風速最大僅有2．5m／s，而實際風速通常會遠大于該值，因此模擬結(jié)果不具有代表性。

當室外風作用于建筑時，火災煙氣在建筑中的擴散蔓延就演變成室外風與其它建筑內(nèi)的驅(qū)動力耦合作用的結(jié)果。國內(nèi)外學者對熱浮力和室外風共同作用下著火房間煙氣運動的規(guī)律做了很多研究，其中Chen［46］通過理論分析得到了熱浮力和室外風共同作用時煙氣從迎風面開口流出著火房間的臨界風速值，其計算公式如下：

式中，Ta為室外環(huán)境溫度，K；Tg為煙氣溫度，K；h為著火房間兩開口中心的高度差，m；Cpw為迎風面的風壓系數(shù)；Cpl為背風面的風壓系數(shù)。

當室外風速小于臨界風速值Vcr時，熱浮力是驅(qū)動煙氣流出著火房間的主要驅(qū)動力；當室外風速大于臨界風速值Vcr時，室外風會驅(qū)動煙氣向建筑的背風部分運動。

Chen［47］通過理論分析一對稱雙開口的小尺寸房間風洞模擬試驗的數(shù)據(jù)，提出一判斷熱浮力和室外風對著火房間煙氣作用大小的比值A(chǔ)r，其計算公式如下：

式中，Cpw為迎風面的風壓系數(shù)；Cpl為背風面的風壓系數(shù)；V 為室外風速，m／s；Tg為煙氣溫度，K；△Tg為煙氣與室外環(huán)境的溫差，K；H 為開口內(nèi)測點的高度，m。

當Ar?1 時，室外風對煙氣的影響可以忽略；當Ar＜1時，煙氣在開口處為雙向流動；當Ar＞1時，煙氣在開口處為單向流動。

Gong［48］通過理論計算和CFD 軟件模擬，提出浮力通量比mQ／mW來判斷單室火災中煙氣流動的主導驅(qū)動力，該比值通過求解一元二次方程得到：

式中，T＊為煙氣溫度與環(huán)境溫度的比值；mz為與建筑高度和開口面積有關(guān)的質(zhì)量流率，kg／s；mQ為熱浮力作用下的質(zhì)量流率，kg／s；mW為室外風壓作用下的質(zhì)量流率，kg／s。

模擬結(jié)果表明，當該比值接近0時，熱浮力驅(qū)動下的煙氣流動變得不穩(wěn)定，室外風逐漸成為主要驅(qū)動力。

4 展 望

隨著高層建筑數(shù)量的增多，建筑高度的增高，研究多驅(qū)動力對高層建筑內(nèi)火災煙氣運動的影響具有很大的實際意義?？偨Y(jié)以往的研究成果，筆者認為在高層建筑火災煙氣運動方面還應加強以下幾點研究：

（1）目前國內(nèi)外對室外風作用下建筑內(nèi)煙氣運動方面的研究側(cè)重于室外風在建筑外立面形成的壓力分布對建筑內(nèi)煙氣運動的影響，但當高層建筑發(fā)生火災后，著火房間內(nèi)的高溫極可能誘發(fā)玻璃等脆性材料的破裂，導致室外風灌入建筑，此時室外風具有的動能也將影響建筑內(nèi)煙氣的運動，因此室外風進入建筑后對煙氣運動影響的研究工作有待進一步擴展。

（2）前人在單純熱浮力作用下疏散走廊中火災煙氣運動規(guī)律方面的研究已有許多可靠的成果，但實際火災中疏散走廊內(nèi)的煙氣運動不只受熱浮力的影響，還可能有通風空調(diào)系統(tǒng)和室外風等因素的影響，此時疏散走廊內(nèi)火災煙氣的運動規(guī)律還需進一步研究。

（3）現(xiàn)行規(guī)范推薦的計算樓梯間和前室加壓送風量的風速法依據(jù)的是單純熱浮力驅(qū)動下疏散走廊煙氣的運動速度，沒有考慮室外風等其它驅(qū)動力對疏散走廊煙氣運動的影響，其可靠性尚待進一步驗證。

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