孤立烟云运动的实质是一种逆温环境中的“云团状”火灾烟气运动,在“负浮力”作用下完成,常见于一些高大空间火灾发生之后。本文重点关注的地下高大空间内存在逆向垂直温度分层环境时的烟气羽流的运动特性和排烟通风控制方法。基于水电站地下厂房,通过试验及FDS数值模拟,深入研究了高大建筑空间内的孤立烟云的通风排烟方法。1.高大空间烟气流动特性理论研究。利用气块分析方法研究了烟气团在逆温环境中的运动特性,并在既有的轴对称烟羽流上升最大高度的研究基础上,利用流体力学的镜像原理,针对壁面烟羽流对现有公式进行了修正,得到了当火源位于空间底面端部时,壁面烟羽流在热分层环境中的最大上升高度计算关联式。2.利用2D-PIV技术研究了逆温环境中不同火源位置的烟羽流运动特性。研究结果表明,建筑空间内存在逆温分布时,由于烟气受到的浮力不断降低,烟羽流上升过程中会在空间中上部形成悬浮的孤立烟云。试验中,当檀香(火源)放置于底面中心位置且表面温度为433℃时,孤立烟云的悬浮高度的上限为840 mm,此时烟气速度基本处于“动态悬浮”状态。当檀香(火源)放置于底面端部位置且表面温度为312℃时,孤立烟云的悬浮高度的上限为820 mm。3.基于水电站地下厂房,利用数值模拟的方法研究了地下高大空间逆温环境下,不同火源位置及热释放率下烟气流动的特点。模拟结果表明,当火源位于厂房发电机层的底面中心位置时,逆温环境中烟羽流形成的孤立烟云的悬浮高度随火源热释放率的增加而逐渐升高:火源热释放率为1 k W时,其悬浮高度为14 m,火源热释放率为20 k W时,其悬浮高度为20 m,而当火源热释放率增加到40 k W时,烟羽流将发生“冲顶”现象,而不再出现烟气悬浮。发生冲顶的临界火源热释放率在20 k W~40 k W范围内。当火源位于厂房发电机层的底面端部位置时,由于端墙“康达效应”,烟羽流发生冲顶的火源热释放率范围降低为10 k W~20 k W。数值模拟表明,当火源位于厂房发母线层的底面中心位置时,由于从母线层的楼梯间进入发电机层时呈现“空间突扩”现象,使烟气的温度和速度衰减加剧,相同的火源热释放率条件下,烟气出现悬浮的高度更低,相应的,发生冲顶的火源热释放率临界值在60 k W~80 k W范围内。4.以水电站厂房为例,分析了排烟量、排烟口位置以及补风口面积与地下高大空间孤立烟云排出效果的影响。研究表明,当排烟风量为基准排烟风量的0.5倍时,将一氧化碳浓度降低到相同水平,需要的时间是基准工况的1.7倍;而当排烟风量为基准排烟风量的1.5倍时,将一氧化碳浓度降低到相同水平,需要的时间是基准工况的0.64倍。当顶部双排排烟风口布置间距在3.2 m至17.6 m之间变化时,将一氧化碳无因次浓度降低到0.2,所需要的时间相差不超过12.0%。而当双排风口布置在侧墙时,中上部等高布置使一氧化碳降低到一定浓度所需的时间最短,错高布置时所用的时间与中上部等高布置相比增加14.2%,但错高布置方案能兼顾不同火源热释放率条件的排烟。补风口面积增大使一氧化碳降低到一定浓度所需的时间也随之增大。补风口面积从1.25 m~2增加到6.25 m~2,降低一氧化碳浓度所需的时间是基准值的1.0~1.4倍。