随着兴建建筑物中应用中庭越来越广泛,对于中庭烟气控制技术的研究也逐渐突显出其重要性。中庭发生火灾时,火源为火羽流提供上升动力,热烟气受浮力作用在中庭内部蔓延。当中庭内部环境温度呈“上高下低”的分布时,会形成热障效应。热障效应对初期火灾存在影响,延缓烟羽流的上升速度,致使烟气被探测的时间晚于预定时间。随着火灾发生发展,热障效应的影响逐渐减弱至忽略不计。与此同时中庭内部的温度不断升高,造成建筑内外的温差逐渐增大,烟囱效应的影响将逐步增大。建筑物内部的烟囱效应将会使烟气扩散速度加快,合理利用烟囱效应可以有利于烟气的排出。目前针对烟气蔓延的研究,多以小尺寸的模型如竖井等为研究对象,理论模型的验证试验也多在小尺寸的建筑结构中进行,其中的修正系数也是基于这些试验结果而提出。当试验对象为大尺度建筑结构如中庭建筑时,烟气在向上蔓延的同时,遇到冷壁面会发生沉降,沉降到一定高度时会被轴线羽流再次卷吸上升,所以羽流温度不仅在垂直方向存在区别,在同一水平面上也是呈一定的分布规律,烟气扩散运动与竖井有一定的差别。在这种情况下,理论公式的修正系数是否适用,现有的研究成果能否直接套用在中庭内尚存有疑问。因此,本文所主要研究的大尺度瘦高空间内部浮力羽流的蔓延特性就是在这方面进行探讨,希望通过此次研究不仅能验证理论成果的适用性,还能在中庭排烟设计时,给出有价值的参考方法。本文从基本的守恒公式出发,推导出适用于瘦高型中庭的羽流轴线温升、羽流轴线速度、羽流在上升时的扩散半径、在稳定热分层环境下的最大上升高度等方程。创新性的提出环境系数来综合反映中庭内部包括热障效应强度、烟囱效应强度、中庭形状等环境特征及火源系数来综合反映燃烧特性。为了分析不同边界条件对环境系数和火源系数的影响,在某酒店建筑中庭内部进行了实体火灾试验及利用计算流体力学软件Fluent进行了数值模拟。通过实体火灾试验和计算模拟,证实了理论模型应用到烟气自然蔓延时具有较好的适用性。通过计算模拟,证实了理论模型同样适用于自然排烟的计算,并分别就室内外温差、排烟口面积、中庭尺寸、中庭截面形状、中庭内部温度梯度和火源功率等6个因素对环境系数和火源系数的影响进行了探讨,得到了各变量单独变化时对系数造成的影响规律。在研究过程中,定义形状系数小于0.1的中庭为超瘦高中庭。在这类型中庭中,烟羽流上升时会与壁面接触。根据研究成果,分别针对不同形状系数、不同火源功率、不同环境热分层频率下的中庭建立了相对应的计算公式。在基于中庭模拟计算数据的结果上,利用经典统计学方法,探讨了不同边界条件交互作用对中庭自然排烟理论模型中环境系数和火源系数的影响规律。通过统计分析得到,形状系数和环境热分层频率是影响中庭自然排烟设计的最主要的两种因素。本课题的研究属于建筑防排烟领域中理论与应用相互结合的研究,本课题的开展对于超瘦高中庭防排烟设计和烟气控制具有实用和指导意义。