近年来,我国在经济高速发展的支撑下,特大型城市规模日趋扩大,高层建筑越来越多,建筑结构越来越复杂。虽然高层建筑占地面积小、土地利用率高,但是建筑内的火灾隐患多、危害性大,一旦起火,火灾的快速扑救和人员的安全疏散也是一个巨大的挑战。高层建筑内有很多竖向通道,火灾发生后容易成为热烟气的主要蔓延通道,造成火灾危害区域扩大。在以往的研究中,由于实验条件所限,研究者多采用比例模型实验来探究发生火灾时高层建筑楼梯井内的烟气流动与温度分布规律,缺乏与全尺寸楼梯井实验的对比。比例模型的实验结果具有一定的参考意义,但是仍具有一定局限性。因此本文采用理论分析、全尺寸实验和数值模拟相结合的方法,来探究开口形式、火源位置、火源功率等不同因素对楼梯井内烟气流动和控烟方式的影响,主要包括以下三个方面的内容:一、通过全尺寸实验和数值模拟相结合研究了不同开口形式(高度和开闭状态)下楼梯井烟气流动特性和参数分布,研究所得结论如下,随着开口位置的升高,开口位置上下层的烟气温度差和开口楼层处楼梯井内竖向速度分量的绝对值在不断降低,而楼梯井内中性面高度则是先增大后减小的。受热烟气影响的区域和CO浓度的最大值则是随着开口位置的升高在逐渐的增大。顶部和底部开口的开闭情况会对前室火行为和楼梯井内的温度分布产生影响。当顶部开口关闭时,楼梯井内温度曲线的衰减系数较大,约为顶部开口工况的两倍,当底层开口开启时,楼梯井内的温度曲线的衰减系数则会减小。二、采用数值模拟的方法研究了不同火源位置(横向和竖向)下楼梯井烟气的流动特性和参数分布,研究所得结论如下,同一楼层火源位于门口处时,前室顶棚处温度要比火源位于靠墙处时低。楼梯井内温度从大到小排列分别是楼梯门口,前室门口,前室中心,正对楼梯门口,正对前室门口。不同火源横向位置下楼梯井内的压力分布的趋势都是相同的。火源位置离楼梯门口越远,中性面的高度越低。前室顶棚温度分布和顶棚内最高温度的位置会随着火源高度的改变而发生变化。相同火源高度,楼层开口全部打开时,前室顶棚温度分布比1、21层及着火楼层打开时更为均匀,并且温度更低。开口楼层全部打开时,楼梯井内最高温度随着火源位置的升高逐渐增加,而衰减系数却是呈先增大后减小的趋势,此时压力分布基本不受火源位置影响。而1、21层及着火楼层打开时,楼梯井内最高温度和最大压力都是随着火源位置的升高不断降低,温度衰减系数也是呈递减趋势。通过引入火源高度因子,提出了不同开口方式下最高温度与火源高度因子的关系式。三、针对发生火灾时楼梯井单独加压送风的情况,采用数值模拟的方法研究不同影响因素对正压送风系统有效性的影响。研究所得结论如下:加压送风量对正压送风系统阻挡烟气侵入能力的影响较大,送风量越大,阻挡烟气流入楼梯井的能力越强。通过对楼梯井温度和压力分布进行分析,可以将送风量分为三个区段:未克服热压区,基本克服热压区和完全克服热压区。楼梯井内各送风口的气流质量流量随着加压送风量的增加基本呈线性增长,并且送风口的高度越低,其增长速率越高。开口位置的不同也会对正压送风系统的送风效果产生影响。随着开口高度的增加,楼梯井内的温度是先升高后降低的,烟气所能达到的最高位置也是先升高后降低的。开口楼层的升高会增加正压系统在着火楼层处产生的正压值,从而提高正压系统抵御烟气入侵的能力。楼层开口打开时会使该区域内送风口的质量流量显著增大,而底部着火楼层区域送风口的质量流量则会随着开口高度的升高而减小。火源位置对正压送风系统的送风效果影响较小。在正压送风的风量较小的情况下,不同火源位置下正压通风系统所产生的正压均不能抵挡烟囱效应所产生的热压。着火楼层的存在将压力曲线分成了两个部分:着火楼层下部区域和着火楼层上部区域。着火楼层下部区域内,压力随着火源位置的升高在逐渐增大,而上部区域则是与之相反,随着火源位置的升高在逐渐降低。