《消防安全工程 第8部分：开口气流的计算要求》GB/T 31593.8-2015

中华人民共和国国家标准
消防安全工程 第8部分：开口气流的计算要求
Fire safety engineering——Part 8：Requirements governing algebraic equations for vent flow
(ISO 16737：2006，Fire safety engineering——Requirements governing algebraic equations—Vent flows，MOD)
GB/T 31593.8-2015
发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
发布日期：2015年06月02日
实施日期：2015年08月01日

    GB/T 31593《消防安全工程》分为以下九个部分：
   ——第1部分：计算方法的评估、验证和确认；
    ——第2部分：所需数据类型与信息；
    ——第3部分：火灾风险评估指南；
    ——第4部分：设定火灾场景和设定火灾的选择；
    ——第5部分：火羽流的计算要求；
    ——第6部分：烟气层的计算要求；
    ——第7部分：顶棚射流的计算要求；
    ——第8部分：开口气流的计算要求；
    ——第9部分：人员疏散评估指南。
    本部分为GB/T 31593的第8部分。
    本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
    本部分使用重新起草法修改采用ISO 16737：2006《消防安全工程 计算公式控制要求 开口气流》。
    本部分与ISO 16737：2006相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本部分与ISO 16737：2006的章条编号对照一览表。
    本部分与ISO 16737：2006的技术性差异及其原因如下：
    ——关于规范性引用文件，本部分做了具有技术性差异的调整，以适应我国的技术条件，调整的情况集中反映在第2章“规范性引用文件”中，具体调整如下：
        ● 用GB/T 5907(所有部分)代替了ISO 13943(见第3章)；
        ● 用修改采用国际标准的GB/T 31593.1代替了ISO/TR 13387-3(见5.1、7.3)；
    ——将国际标准中的1.1～1.4改为列项(见第1章)；
    ——将国际标准的附录A、附录B分别编排为本部分的附录B、附录C；
    ——将国际标准附录A中的术语和定义A.1.1～A.1.13调整到本部分的第3章，并删除了A.1.3(见3.1～3.12)。
    为了方便使用和符合我国相关标准编写要求，本部分还做了下列编辑性修改：
    ——删除了国际标准的前言，重新起草了前言；
    ——修改了国际标准的引言，将其作为本部分的引言；
    ——将国际标准的“本国际标准”一词改为“本部分”；
    ——将国际标准中某些标点符号修改为符合汉语习惯的标点符号；
    ——将国际标准附录A中符号和缩略语的编排格式进行了调整；
    ——将国际标准附录B中附图的顺序进行了调整；
    ——增加了附录A(资料性附录)，给出了本部分与国际标准的章条编号对照情况。
    本部分由中华人民共和国公安部提出。
    本部分由全国消防标准化技术委员会建筑消防安全工程分技术委员会(SAC/TC 113/SC 13)归口。
    本部分起草单位：公安部天津消防研究所、公安部四川消防研究所、中国科学技术大学、中国建筑科学研究院
    本部分主要起草人：毕少颖、姚松经、韩伟平、智会强、阚强 、张玉贤、陆守香、胡忠日、张向阳、邓松华、郑巍、郭歌

H_vent－max(z_i，z_j) ………………………………(C.32)

H₁＝0………………………………(C.33)

    用式(C.34)代替△p_ij(0)：

C.3.5.5 计算示例
C.3.5.5.1 计算条件
    如图C.8所示，在两个封闭空间的上部形成了烟气层。在封闭空间i和j内的界面高度分别为0.8m和1.6m，烟气层温度分别为80℃(353K)和40℃(313K)，空气层温度分别为30℃(303K)和20℃(293K)。假定封闭空间j的压力比封闭空间i的压力大1Pa(△p_ij＝-1Pa)。计算各个部分的质量流量。

C.3.5.5.2 下部的质量流量
    这种情况时下部的范围为0＜z＜z_i(z_j＝0.8m)。由式(C.5)得到的这部分的中性面高度z_n(m)用式(C.35)计算：

    在这种情况下，中性面高度z_n大于这部分的高度z_i。这样流体为从封闭空间j到i的单向流。由式(C.9)的最后一个公式推导出计算(kg·m^-1)的式(C.36)：

C.3.5.5.3 中部的质量流量
    这种情况时中部的范围为z_i＜z＜z_j，其中zi和zj分别为0.8m和1.6m。参考平面移至中部的底部，参考高度表示为高出底面的距离，用式(C.27)和式(C.28)计算参考高度H_u(m)，见式(C.37)、式(C.38)：

H_u＝abs(z_i－z_j)＝abs(0.8－1.6)＝0.8    …………………………………(C.37)

H₁＝0    …………………………………(C.38)

    用式(C.29)计算中部底部的压差△p_ij(Pa)，见式(C.39):

    用式(C.5)计算中部底部以上的中性面高度z_n(m)，见式(C.40):

    因为0＜z_n＜abs(z_i－z_j)，所以为双向流。用式(C.8)和式(C.9)中的第二个公式计算流量(kg·s^-1)和(kg·s^-1)，见式(C.41)、式(C.42)：

C.3.5.5.4 上部的质量流量
    这种情况时上部的范围是z_j＜z＜H_vent，其中zj和Hvent分别为1.6m和2.0m。参考高度H_u(m)移至上部的底部，用式(C.32)和式(C.33)计算，结果见式(C.43)、式(C.44)：

H_u＝H_vent－max(z_i，z_j)＝2.0－1.6＝0.4    …………………………………(C.43)
H₁＝0    …………………………………(C.44)

    用式(C.34)计算上部的底部压差△p_ij(Pa)，结果见式(C.45)：

    注：式(C.45)中的前两项已经由式(C.39)计算得到。
    用式(C.5)计算高出下部底部的中性面高度z_n(m)，结果见式(C.46)：

    因为zn＜0，所以为单向流。用式(C.8)的第一个公式计算流量(kg·s^-1)，结果见式(C.47)：

C.3.5.5.5 封闭空间之间的总质量流量
    通过开口的总质量流量(kg·s^-1)和(kg·s^-1)由三个部分的流量相加得到，计算结果见式(C.48)、式(C.49)：

    注：如果忽略空气和烟气界面上的混合情况，中部的质量流量等于进入封闭空间j烟气层的流量。与此相似，等于进入封闭空间i中的空气层的流量。
C.4 计算公式的依据
    人们已经对涉及防火分区火灾定量预测的开口气流进行了分析研究。早期的研究包括Kawagoe(见参考文献[4])在Sekine建议基础上所做的火灾温度的完全展开流预测。Prahl等人(见参考文献[7])和Rockett(见参考文献[8])对两层环境进行了进一步的研究。对于这些早期研究，流量公式是从基础的流体理论推导而来的。在20世纪80年代，Steckler等人(见参考文献[9]、[10])、Quintiere等人(见参考文献[11])和Nakaya等人(见参考文献[12])进行了直接的实体测量。这些测量确定了流量系数在0.68～0.73的范围之内，一般取0.7。Beyler对前期研究进行了归纳(见参考文献[13])。
C.5 计算公式的局限性
C.5.1 烟气层的一致性
    公式假设与开口相邻的封闭空间的温度是均匀的或是两层形式的，如果不能满足这个假设条件，就应使用附录B中的一般流量公式。
C.5.2 动态压力
    计算时不考虑由自然通风或机械通风引起的动态压力作用。如需考虑，应仔细分析动态压力的分布情况。
C.6 计算公式的输出参数
    公式计算结果为通过开口的质量流量(kg·s^-1)。存在双向流时，也可以求得中性面的位置。
C.7 计算公式的输入参数
C.7.1 通过开口的压差
    参数△p_ij定义为参考高度上的压差，参考高度通常取最低的边界高度。
C.7.2 开口附近的封闭空间的温度分布情况
    开口附近的温度分布应该是均匀的或两层的。在均匀的情况下，应说明每个封闭空间的温度。在两层的情况下，应说明界面位置、烟气层温度和空气层温度。
C.8 计算公式的适用范围
    公式的适用范围可以通过Steckler等人(见参考文献[9])、Nakaya等人(见参考文献[12])以及其他研究人员的研究成果来确定。Steckler在一个2.8m见方、2.13m高的房间内进行试验。开口宽度为0.74m，高度在0.46m～1.38m之间。火灾的热释放速率在31.6kW～158kW之间。封闭空间的最高温度不超过250℃。Nakaya的试验对应的是更大一些的房间，长3.55m，宽3.45m，高2.12m。开口高度为1.6m或1.7m。开口宽度在0.29m～0.89m之间。封闭空间的温度范围可以从双层情况下的50℃到充分混合情况下最高可达1000℃。