GB T 31593.7-2015 消防安全工程 第7部分 顶棚射流的计算要求.pdf

1、ICS 13.220.01 C 80 望中华人民共和国国家标准GB/T 31593.7-2015 消防安全工程第7部分:顶棚射流的计算要求Fire safety engineering-Part 7: Requirements governing algebraic equations for ceiling jet flows (ISO 16736: 2006 , Fire safety engineering一Requirements governing algebraic equations-Ceiling jet flows , MOD) 2015-06-02发布2015-08皿01实

2、施飞rMS俨UYY二酣dtti配J! 中华人民共和国国家质量监督检验检窥总局峪舍中国国家标准化管理委员会a叩GB/T 31593.7-2015 前GB/T 315930.18).顶棚射流的最高平均温升.Tm皿由式(B.6)给出(参见ZH -Zy 参考文献7J)。、J一l、. -、.，z-v 一-ZH- z-H /一um-/ Q-FV OO-a 3-U 严D-a一一T A .( B.6 ) r B.3. 1.4 在火羽流转向区外(一一一一0.18).适用于多数燃烧材料的条件下式(B.的中=0.7.见ZH -Zy B.6.2J.顶棚射流的最高平均温升.Tmax由式。.7)给出。、J=l.，-、，z

3、-v 一-IH- z-H /-U HM寸/Q-V 。40o no -T A .( B.7 ) B.3.2 在半径r上的顶棚射施最高平均速度r B.3.2.1 在火羽流转向区尾端(一一一一=0.1日，顶棚射流的最高平均速度VDl81由式。.8)给出(参见ZH -Zy 参考文献4J)。0.96 Q. 1/3 v.二丁万l一一一-J .( B.8 ) 、ZH一Zy在转向区内见B.的，火焰产生的热气流动速度方向由火羽流中的垂直向上转变为顶棚射流中的与顶棚平行。尽管发生了方向上的变化，流动速率应当是几乎不变的参见参考文献7J)。7 GB/T 31593.7-2015 r B.3.2.2 在火羽流转向区尾

4、端(一一一一=0.15).适用于多数燃烧材料的条件下式(B.的中=0.7.见ZH -Zy B.6.2J.顶棚射流的最高平均速度Vmax由式(B.9)给出。Vmax =1.08(斗川、ZH- Zy ( B.9 ) r B.3.2.3 在火羽流转向区外(一一一一0.1日，顶棚射流的最高平均速度Vmax由式。.10)给出(参见参ZH -Zy 考文献4J)。V 一色旦旦QJ(ZH-Zy)J川-max呐r/(ZH-Zy)J附.( B.10 ) r B.3.2.4 在火羽流转向区外(一一一一0.15).适用于多数燃烧材料的条件下式(B.10)中=0.7.见ZH -Zy B.6.2J，顶棚射流的最高平均速度

5、Vmax由式(B.11)给出。QJ(ZH - ZV)J 1/3 V.曹二0.22_W，_ . V rM -.- r/(zH - Zy)J 5/6 .( B.11 ) B.3.3 火羽流转向区外的顶棚时间平均温度曲线r B.3.3.1 在火羽流转向区外的顶棚以下(0.26运一一一一2.0).平均温升t:.T随垂直距离y变化的ZH -Zy 无量纲关系式由式(B.12)给出(参见参考文献22J)。盖=4.24(二十0094)omex咔2咔). . . . . . . . (阳)B.3.3.2 基于式(B.12)给出的温度曲线，顶棚射流的最高温升应发生在由式(B.13)给出的顶棚以下垂直距离y处。三=

6、0.20.(B.13 ) B.3.3.3 顶棚射流温度曲线的特征深度lT由式。.14)给出参见参考文献22J)。lT =0.11211一叫(-2.24r ) I .( B.14) ZH - Zy L飞ZH-Zyf.JB.3.4 火羽流转向区外的顶棚射流时间平均速度曲钱r B.3.4.1 在火羽流转向区外的顶棚以下(0.26运一一一-0.75)，顶棚射流平均速度V随垂直距离yZH -Zy 变化的无量纲关系式由式(B.15)给出参见参考文献22J)。(y飞0.14I 1 1 Y飞V =1.59 ti) exp-1.517) .(B.15) B.3.4.2 基于式。.15)给出的速度曲线，顶棚射流的

7、最大速度可发生在由式(B.16)给出的顶棚以下垂直距离y处。去=2. . . . .刊B.16) B.3.4.3 顶棚射流速度曲线的特征深度lv由式(B.17)给出(参见参考文献22J)。ly =0.20511一叫一1.75 r ) I . . .叩门ZH -Zy L飞ZH-Zyf.J8 GB/T 31593.7-2015 B.3.5 商棚射流对顶棚的对流热通量B.3.5.1 在相对于环境温度的温升ATo下，顶棚射流的最高平均温升为Tmu对顶棚的对流热通量正由式(B.18)给出。主;=h(AT町-To) .( B.18 ) r B.3.5.2 在火羽流转向区内(一一一0.2)，对流传热系数h由

8、式(B.19).式(B.2l)给出(参见参考ZH -Zy 文献口5J)，其中g=9.806 m S-2. h =2.28a2/3(一旦Limb-响ZR -Zy ( B.19 ) Ra=Qo(ZH - Zy) 一.5plJ lJ =6.06 X 10-10(T mu + Ta)I.78 . . .( B.20 ) 、，JTA nL -B r、. . . . . . . W . . . . B.3.5.3 在火羽流转向区内(一工一0.2)，环境祖度下，对顶棚的对流热通量占;由式。.22)给出(参ZH一-Zy 见参考文献15J)。q =38.6Qo去J(ZH Zy) zRa1l6 、，qA hL B

9、 r飞. . r B.3.5.4 在火羽流转向区外(0.2一一一一2.0) ，对流传热系数h由式(B.23)给出(费见参考文献ZH -Zy 6J、12J、15J)。h =0.892叫一旦二-lmR产一工一0633HH-.(B.23 ) 飞ZH-Zy飞ZH-Zy B.3.5.5 在火羽流转向区外(0.2一工一二2.0) .环境温度下，对翼棚的对流热通量占;由式。.24)ZH -Zy 给出参见参考文献6、12J、15J)。 I r飞-1.3cCJr =4.8-; 二2n&(一一一:-) . . .( B.24 ) . -. _a，.飞ZH-Z.I B.4 计算公式的依据轴对称的顶棚射流理论要追溯到

10、Pickard(参见参考文献4J)、Thomas(参见参考文献5J)的早期工作和Alpert(参见参考文献6J、7J、10J)、Heskestad(参见参考文献8J、9J、10J)对公式模型的开发。Alpert(参见参考文献口1J)对所有这些工作做了总结.基于Alpert(参见参考文献6J)早期的工作，MotevaUy和Marks(参见参考文献22J)用特定的1m高绝缘顶棚和较弱火源(0.75kW.2.0 kW) 进行了实验，开发了B.3.3和B.3.4中顶棚射流的温度公式和速度曲线。Veldman等人参见参考文献口2J)、You(Yu)和Faeth(参见参考文献口5J)、Cooper(参见参

11、考文献口6J)和You(Yu)(参见参考文献17J)对由于火羽流冲击顶棚引起的对流换热进行了研究。B.3.5.2中对顶棚的对流热通量公式由You(Yu)和Faeth(参见参考文献口5J)创建，又被Alpert(参见参考文献20J)和Kokkala(参见参考文献23J)确认。Veldman等人(参见参考文献12J)、You(Yu)和Faeth(参见参考文献15J)及Alpert(参见参考文献6J)得出的试验数据被用于B.3.5.4和B.3.5.5中热通量公式的推导。对一个平坦、无阻碍顶棚的全部热通量的附加信息由Hasemi(参见参考文献26J)等人得到。9 GB/T 31593.7-2015 B

12、.5 计算公式的局限性B.5.1 火源计算公式不适用于下列火源z一一瞬时火源或受灭火剂影响的火源;一一火源的长宽比大于或等于2的矩形火摞F一-空气流动受限的三维火源或火焰平均高度小于火源本身高度的110%的三维火源z一一由喷射火焰构成的火源(如由管道或加压燃料储液罐小孔泄漏造成的火源), 一一火焰散布程度较大导致火源区域出现多火羽流的火源。B.5.2 !k.焰尺寸在室内无障碍空间内的火摞，当火焰尺寸达到下面任一条件时，计算公式不适用z一一火焰的平均高度L高于顶棚高度ZH的50%，一一火源的有效直径D大于室内空间平面最小尺寸的10%。B.5.3 气动干扰当顶棚射流是由受到下列因素引起气功干扰影响

13、的火羽流产生时，计算公式不适用z一-火羽流流场有障碍物阻碍s一一受到机械通风或来自于室内开口自然通风的作用。B.5.4 顶棚障碍物和倾斜度当顶棚的结构或材料出现以下任一情况时，计算公式不适用z一一顶棚含有梁、挡烟垂壁或其他分界面，导致顶棚射流出现非袖对称情况或热气层向下朝着火源方向递减流动z一一顶棚为易燃材料F一一顶棚平面不够水平，即顶棚具有一定的倾斜度见B.7有关倾斜度的定量限制要求。B.5.5 边界面在封闭空间内，当出现下列任一情况时，计算公式不适用z一一火源本身或其火焰被边界面限制在尺寸为火源直径D的范圈内z一一火羽流的中轴线高度被边界面限制在2倍顶棚高度(2zH)之内。B.5.6 输出

14、参敏数据当输出参数数据出现下面任一情况时，计算公式不适用z一一计算得到的火羽流转向区内的最大平均温升远小于火源点燃前的环境温度随高度增加而引起的最大温升值见B.7); 一一计算得到的火羽流转向区内的最大平均温升大于特征火焰顶部的温度。B.6 计算公式的输入参鼓B.6.1 火灾热释雄速率参数Q是在特定环境条件下火灾的实际热释放速率。该参数通常在设定火灾场景中通过量热计GB/T 31593.7-2015 测量得到或者以其他方法给出。关于火灾热释放速率的其他信息可参见Tewarson的研究成果(参见参考文献27J)和Babrauskas的研究成果(参见参考文献28J)。B.6.2 对流热释撞速率份鼓

15、对于暴露的固体表面或者在液体池中燃烧的液体燃料，无量纲参数(对流热释放速率份数的取值范围通常在0.6-0.7之间E但是对于氧化性被体燃料或者低分子量的气体燃料，此参数可取值0.8或更大。对于三维火掘，此参数在火灾产生初始阶段远小于前述范围值，随着火势的增大至火灾蔓延发展阶段，此参数将增大至0.6-0.70此参数通常从设定火灾场景中获得，其他相关信息可参见Tewarson的研究成果(参见参考文献27J)0B.6.3 火源直径参数D是圆形火源的直径e此参数通常通过设计的火灾场景得到。对于矩形的火源，取具有同等面积A.C单位为m勺的圆形火源的直径作为其等效直径D，通过式。.25)计算得到。B.6.4

16、 顶棚高度参数Zl!通常通过设定火灾场景获得aB.6.5 顶棚射流的径向距离D=再( B.25 ) 参数r的单位为m，通常通过设定火灾场景得到。此参数有效范围的最小值由B.3中的公式确定，最大值为2句。B.6.6 输入参数的有效范围参数ZH有效取值范围的最小值与B.5中的火焰高度极限有关，最大值与符合B.7要求的火羽流转向区内的平均温升值有关。B.7 计算公式的适用范围B工1本附录使用公式的适用范围可通过且4中绘出由计算依据文献确定。B.7.2 为了保持B.7.1规定的适用范围，应满足以下规定条件z一一热气流层应限定在顶棚以下ZH/4的距离之内，ZH与准稳态火灾开始之后最大时间间隔tJ.t m

17、ax (单位为s)之间的关系，应满足式。.26)(参见参考文献29J):tJ.t 1118ll =25 (子-zv)-m一(ZH一川乓;L. t .1 Qc 1/3 .( B.26 ) 一一顶棚表面与水平面之间的夹角应限定在角度。(单位为弧度之内。按照此限定，顶棚射流在lf8 径向距离大约为马上的最大速度一堂的比率由式(B.27)给出参见参考文献口lJ)，其中H .a.-I/，.，_ V=:! V为火羽流冲击点向上与顶棚最大倾角时的速度，VCLO为顶棚倾角为零弧度时相应速度。飞rT8唁=臼p(3叫(B.27 ) 例如，为了保持此速度比率在一个小于或等于1.05的范围内(即顶棚倾角导致速度最多增

18、大5%)，需要硕棚倾斜角度不大于0.016弧度，或者1。左右，11 GB/T 31593.7-2015 一一依据顶棚附近环境温度(T.)H与火源附近环境温度(T.).=o之间的差异，计算得到的环境温度梯度(T.)H一(T.)户。的值应限制在小于7f:lTo的范围内。B.8 计算示例B.8.1 顶棚射流最高平均温升假设在房间里有一个直径为1.8m的圆形油盘着火，燃烧时的热择放率为2500kW m-2，液体表面的正上方有一个12m长的顶棚。热释放率的对流系数为0.7，火羽流转向区内的顶棚射流的温升f:l Tmu. (单位为K)，可以通过式(B.5)计算得到z0.7X2500XX1.82/4)2/3

19、 f:lTmax=21.4X 12 + 1.02 X 1.8一0.083X (2 500 XX 1.82/的的的火羽流转向区外，距火羽流中轴线的径向距离为5m的顶棚射流的温升f:lTmax (单位为K)，可以通过式(B.7)计算得到2(0.7 X 2 500 XX 1.82/4)的12 + 1.02 X 1.8 - 0.083 X (2 500 XX 1.82/的阴的f:lT max =6.82 X =57 I 5 飞12+ 1.02 X 1.8 - 0.083 X (2 500 X霄X1.82/4)2/51 B.8.2 顶棚射流温度曲线的特征深度假设火源为B.8.1所述的圆形油盘火，距火羽流

20、中轴线的径向距离为5m处，顶棚射流温度曲线的特征深度lT(m) ，可以通过式。.14)计算得到zlT =户=口归12抖川川+札札叩1.0.刀O2X 1.8 一8臼3X叼(25则OOXn:d川川川川川1.8川8L飞5一0.9归21IJ 其中Zv=0.921 m，即火羽流虚点源距离火源基部例如可燃液体表面)之上的高度值。B.9 示意固准稳态、轴对称顶棚射流图解见图B.1.12 说明，1一一顶棚$ . 2一-顶棚射流z8 3一一火羽流转向区$4一一局部空气环境z7 5一一火羽流和顶棚射流的特征半径和特征深度F6一一火羽流s7一一火源基部s8一一火源.圄B.1顶棚射流固解GB/T 31593.7-20

21、15 2 13 GB/T 31593.7-2015 参考文献lJ GB/T 6379(所有部分测量方法与结果的准确度2J lSO/TR 13387-3: 1999 Fire safety engineering-Part 3: Assessment and verification of mathematical fire models 3J lSO 13943:2008 Fire safety-Vocabulary 4J Pickard,R. W. , Hird,D.and Nash,P. ,The Thermal Testing of Heat-Sensitive Fire Detec t

22、ors, F.R. Note 247 , Building Research Establishment, Borehamwood, Her钮，UK(1957). 5J Thomas, P. H. ,The Distribution of Temperature and Velocity Due to Fires beneath Ceil ings, F.R .Note 141 , Building Research Establishment, Borehamwood, Herts, UK (1955). 6J Alpert,R. L. , Fire lnduced Turbulent Ce

23、iling-Jet, Technical Report Serial No.19722-2 , Factory Mutual Research Corporation,p.35 (197 1). 7J Alpert, R. L. Calculation of Response Time of Ceiling-Mounted Fire Detectors, Fire Tech. , 8,181 (1972). 8J Heskestad, G. , Similarity Relations for the lnitial Convective Flow Generated by Fire, ASM

24、E Paper No.72-WA/HT-17,The American Society of Mechanical Engineers (1972). 9J Heskestad,G. ,Physical Modeling of Fire, J.Fire &. Flammability,6,253 (1975). 10J Alpert,R. L. , Turbulent Ceiling-Jet lnduced by Large-Scale Fires,Comb.Sci.and Tech. , 11 ,197 (1975). 11J Alpert,R.L. ,Ceiling Jet Flows,T

25、he SFPE Handbook of Fire Protection Engineering,3rd Edition, P.J. DiNenno, Editor, National Fire Protection Association, Quincy, MA, USA, pp. 2-18 to 2-31 , (2002). 12J Veldman,C.C. ,Kubota, T. ,and Zukoski,E.E. , An Experimental lnvestigation of the Heat Transfer from a Buoyant Gas Plume to a Horiz

26、ontal Ceiling-Part 1: Unobstructed Ceiling, NB8-GCR-77-97 , U.S.National Bureau of Standards,Gaithersburg (1977). 13J Heskestad,G. ,and Delichatsios,M.A. , Environments of Fire Detectors, NB8-GCR-77-86 and NB5-GCR-77-95 ,National Bureau of Standards,Gaithersburg (1977). 14J Heskestad, G. and Delicha

27、tsios , M. A. , The lnitial Convective Flow in Fire, 17th lnternational Symposium on Combustion.Combustion lnstitute,Pittsburgh (1978). 口5JYou (Yu) , H.Z.and Faeth, G.M. ,Ceiling Heat Transfer during Fire Plume and Fire lm pingement, Fire and Materials. , 3 ,140 (1979). 16J Cooper,L. Y. , Heat Trans

28、fer from a Buoyant Plume to an Unconfined Ceiling, J.of Heat Trans. ,104,446 (1982). 17J You (Yu) ,H.Z. , An lnvestigation of Fire-plume lmpingement on a Horizontal Ceiling: 2-lmpingement and Ceiling-jet Regions,Fire and Materials,9,46 (1985). 18J Cooper,L.Y.and Woodhouse,A. ,The Buoyant Plume-Drive

29、n Adiabatic Ceiling Tempera ture Revisited, J.of Heat Trans. ,108 ,822 (1986). 口9JEvans, D. D. and Stroup, D. W. , Methods to Calculate the Response Time of Heat and Smoke Detectors lnstalled below Large Unobstructed Ceilings,Fire Tech. ,22 ,54 (1986). 20J Alpert,R.L. , Convective Heat Transfer in t

30、he lmpingement Region of a Buoyant Plume, ASME Jl.of Heat Transfer, Vo1.109 ,p.120 , (1987). 21J Heskestad,G.and Delichatsios, M. A. ,Update: The lnitial Convective Flow in Fire, Short 14 GB/T 31593.7-2015 Communication.Fire Safety Jl.VolI5.p.471. (1989). 22J Motevalli. V.and Marks, C. H. , Characte

31、rizing the Unconfined Ceiling Jet under Steady State Conditions: A Reassessment Fire Safety Science. Proceedings of the 3rd International Symposi um ,G.Cox and B.Langford.eds. Elsevier Applied Science,New York,301 (1991). 23J Kokkala. M.A. Experimental Study of Heat Transfer to Ceiling from an Impin

32、ging Diffu sion Flame, Fire Safety Science-Proceedings of the Third International Symposium.G.Cox and B. Langford.eds. ,Elsevier Applied Science.New York.261. (1991). 24J Atkinson,G. T. and Drysdale, D. D. , ., Convective Heat Transfer from Fire Gases. Fire Safety Jl. Vol.凹，p.217.(1992).25J Heskesta

33、d,G.and Hamada.T. ,Ceiling Jets of Strong Fire Plumes,F.Safety J.21 , 69 , (1993). 26J Hasemi. Y. Yokobayashi，丘，Wakamatsu. T. and Ptchelintsev. A. V. Fire Safety of Building Components Exposed to a Localised Fire-Scope and Experiments on Ceiling/Beam System Exposed to a Localised Fire.ASIAFLAM95,Fir

34、st International Conference.lnterscience Communi cations Ltd. .London.pp.351-361. (995). 27J Tewarson,A.Generation of Heat and Chemical Compounds in Fires.The SFPE Hand book of Fire Protection Engineering, 3rd Edition, P.J .DiNenno, Editor. National Fire Protection Associ ation. Quincy, MA, USA. pp.

35、3-82 to 3-161 , (2002). 28J Babrauskas. V. Heat Release Rates飞TheSFPE Handbook of Fire Protection Engineer ing.3rd Edition. P.J.DiNenno. Editor, National Fire Protection Association. Quincy, MA, USA. pp.3-1 to 3-37. (2002). 29J Heskestad,G, Fire Plumes.Flame Height and Air Entrainment, The SFPE Hand

36、book of Fire Protection Engineering. 3rd Edition. P.J. DiNenno. Editor, National Fire Protection Association. Quincy.MA, USA.pp.2-1 to 2-17 , (2002). 的FONih.gmF何回阁。华人民共和国家标准消防安全工程第7部分z顶棚射掘的计算要求GB/T 31593.7-2015 国中 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平墨西街甲2号(100029)北京市西城区三里凋北街16号(10004日网址总编室:(010)68533533发行中心:(010)51780238读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1.25字数34千字2015年7月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2015年7月第一版争书号:155066.卜5129021. 00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价