考虑来流的局部火灾场景钢柱传热模拟研究.pdf

文章编号：1000-4750(2023)Suppl-0219-08考虑来流的局部火灾场景钢柱传热模拟研究周靖罡1，王伟1，周晅毅1，丛北华2(1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092；2.同济大学上海防灾救灾研究所，上海200092)摘要：采用计算流体动力学(computationalfluiddynamics,CFD)方法，对局部火灾场景中临近火盆的钢柱展开分析，并考虑水平来流的影响。为验证该文数值模拟方法的正确性，以顶棚射流模型为案例，首先进行了在无风情况下的火灾分析，通过与试验数据的比对验证了数值模型的正确性。在临近火盆的钢柱传热研究中，发现在来流影响下火焰发生明显的倾斜，当来流的速度大于临界值时，火羽流从侧壁面环绕钢柱，形成火羽绕柱场景，从而导致流体场的热学特征以及钢柱壁面的受热情况发生显著变化。该文进行了气体温度场、速度场、钢柱壁面温度以及对流换热系数分布规律的探讨。关键词：计算流体动力学；局部火灾；钢柱；来流；对流换热系数中图分类号：X932；TU391文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S001STEELCOLUMNTHERMALANALYSISUNDERLOCALIZEDFIRECONDITIONCONSIDERINGFLOWINFLUENCEZHOUJing-gang1,WANGWei1,ZHOUXuan-yi1,CONGBei-hua2(1.StateKeyLaboratoryofDisasterReductioninCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.ShanghaiInstituteofDisasterPreventionandRelief,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Thecomputationalfluiddynamics(CFD)methodisusedtoanalyzethelocalizedfireconditionwherethebrazierisadjacenttoasteelcolumn,andtheconsiderationofhorizontalflowistakenintoaccount.Inordertoverifythecorrectnessofthenumericalsimulationmethod,theceilingjetmodelwasthuslytakenasanexampletoconductafireanalysisundertheconditionofnowindatfirst,andthecorrectnessofthenumericalmodelwasverifiedbycomparisonwiththeexperimentaldata.Inthethermalanalysisofsteelcolumnnearthebrazier,itisfoundthattheflameisobviouslyinclinedundertheinfluenceofincomingflow.Whentheincomingflowvelocityisgreaterthanthecriticalvalue,thefireplumesurroundsthesteelcolumnfromthesidesurfaces,formingthesceneoffireplumearoundthecolumn,whichleadstosignificantchangesinthethermalcharacteristicsofthefluidfieldandtheheatingconditionofthesteelcolumnsurfaces.Thedistributionrulesofgastemperaturefield,ofvelocityfield,ofsteelcolumnwalltemperaturefieldand,ofconvectiveheattransfercoefficientarediscussedindetail.Keywords:computationalfluiddynamics(CFD);localizedfire;steelcolumn;incomingflow;convectiveheattransfercoefficient根据室内火灾能否发生轰燃现象，将其分为轰燃前火灾和轰燃后火灾。轰燃前火灾会在室内局部区域发展，因此又称为局部火灾；而轰燃后火灾在室内全域展开燃烧，危害更大。早期研究14主要集中于轰燃后火灾。在轰燃后建筑室内火灾中，气体性质近似均匀，室内环境温度可由时间-温度曲线近似确定(如 ISO-834 曲线5，EC3 欧洲规范6)，将火灾曲线代入简化传热模型即可获得收稿日期：2022-06-19；修改日期：2023-02-23基金项目：国家自然科学基金项目(52078380)；土木工程 I 类高峰学科建设经费项目(2022-3-YB-18)通讯作者：王伟(1977)，男，江西南昌人，教授，博士，博导，主要从事钢结构多灾害防御与韧性提升研究(E-mail:).作者简介：周靖罡(1996)，男，天津人，博士生，主要从事结构抗火研究(E-mail:);周晅毅(1975)，男，湖南人，教授，博士，博导，主要从事结构风工程、雪工程、污染物扩散研究(E-mail:);丛北华(1978)，男，江苏如东人，副研究员，博士，主要从事抗火工程研究(E-mail:).第40卷增刊Vol.40Suppl工程力学2023 年 6月June2023ENGINEERINGMECHANICS219构件温度。然而，在实际情况中，如机场航站楼、体育场、停车场等开阔空间无法满足轰燃发生的条件，在这种情况下只会发生局部火灾，应考虑建筑构件遭受局部火灾的情况。局部火灾的数值模拟涉及三种分析过程的耦合，依次为：火灾分析、热分析和结构分析。在火灾分析中，气相燃烧的模拟通常采用计算流体力学(computationalfluiddynamics,CFD)方法。在热分析中完成了结构的热传导模拟，得到结构内部的温度场，继而进行结构的力学分析。热分析与结构分析可统称为顺序耦合热应力分析，通常采用有限元方法(finiteelementmethod,FEM)进行求解78。因此，局部火灾的数值模拟过程需在CFD 和 FEM 计算模块之间传递边界条件数据。在火灾分析与热分析的耦合界面，气体温度、入射辐射热流及对流参数等信息需要从火灾分析模块(气相)的分析结果转移到热分析模块(固相)。由于 CFD 和 FEM 两种方法涉及到网格尺寸、时间步长等诸多区别，上述过程是非常复杂的。基于此，WICKSTRM 等9提出了一个新的变量绝热表面温度(adiabaticsurfacetemperature,AST)，能够将复杂的对流和辐射条件描述为一个单一的标量。利用标量 AST 和对流换热系数 hc，可以将火灾分析中考虑对流和辐射热通量的热流信息转移到有限元分析中，从而进行后续的热分析以及力学分析。一些学者利用这种模拟方法，对火灾条件下的结构进行了基于性能的分析1013。局部火灾的发生场景多为开阔场地，而在开阔场地(如大型体育场馆、大型停车场)往往存在速度不大的风。风的存在对火场的影响作用不可忽视。因此，许多学者研究了风场对火灾分析的影响。HU 等1415进行了大量的试验来探究水平来流对池火灾的影响，提出，来流导致的火焰倾斜特性与流动中的浮力和动量的竞争有关。CHEN等16通过实验研究了不同通风条件对室内火灾的影响。然而，上述研究均集中在来流对火场的影响上，对于来流影响下受火的结构构件的热力学分析较缺乏，因此有必要考虑火灾条件下来流对结构受热的影响。基于此，本文对不同来流条件影响的局部火灾场景下临近火盆的钢柱进行了数值模拟研究，通过 CFD 模拟方法，将风、火、结构三种因素统一进行了考虑。首先通过无来流顶棚射流场景下工字钢梁的试验结果的比对验证了数值模型的正确性，继而详细讨论了多场景耦合作用下的速度场、温度场分布，探究了钢柱在不同来流条件影响下的热响应特性，此外还详细阐述了在火灾分析与热力学耦合分析中需要进行传递的对流换热系数的变化情况。1数值模拟方法1.1数值模拟方案采用计算流体力学软件火灾动力学求解器 FDS(firedynamicsimulator)17进行瞬态计算。FDS 以火灾中烟气运动为主要模拟对象，采用数值方法求解热驱动的低速流动 N-S(Navier-Stokes)方程。采用 VLES(verylargeeddysimulation)超大涡模拟进行数值求解。FDS 火源的设置采用在可燃物表面直接设定热释放速率 HRR(heatreleaserate)的简单热解方法。1.2控制方程对于低马赫数可压缩性流动可以用 N-S 方程来描述，这在 CFD 领域是已经被广泛接受的。质量守恒方程与动量守恒方程兹不赘述，关于火灾场景下的能量守恒方程表述如下：hst+hsujxj=Pt+ujPxj+q+q(1)ujP q qhs式中：为密度；为 j 方向的速度；为压强；为化学反应单位体积的热释放速率；为传导、扩散和辐射作用产生的热流；为由于粘性作用机械能转换为热能的部分，称为耗散函数，在低马赫数流场运动中，耗散函数一般极小，因此可简化忽略。其中为显焓，定义为：hs=Yi(h0f,i+wTTrefcp,idT)(2)Yihof,icp,i式中：为组分 i 的质量分数；为组分 i 的生成焓；为组分 i 的定压比热容。1.3大涡模拟在火灾中，大涡的输运过程受湍流与浮力的相互作用影响，而小涡则表现出强烈的随机特性，几乎不受浮力的影响。LES 方法能够较好地模拟湍流和浮力的相互作用，并得到较为理想的结果。目前在火灾的场模拟计算中普遍采用 LES 方法。1.4燃烧模型FDS的燃烧模型包括混合分数燃烧模型和有限反应速率模型两种，大多情况下，采用混合分220工程力学f数模型(mixturefractioncombustionmodel)。此模型首先定义混合分数，表示燃烧反应之前燃料的质量与混合气体总质量的比值：f=YiYi,oxYi,fuelYi,ox(3)Yi式中：为 i 组分的质量分数；下标 ox 为氧气入口处；fuel 为燃料入口处。FDS 通过引入混合分数可以将各个组分浓度与混合分数关联起来。这样，只需求解混合分数的守恒方程便可以求得所有组分的浓度，这也暗示了混合分数模型属于快速反应燃烧模型，即空气与燃料一旦接触便会发生无限快速反应。hsf在非预混燃烧建模方法中，通过简化的热力学方法将组分输运方程与能量守恒方程联系起来，建立与混合分数 之间的关系。2数值模型2.1研究对象与计算域研究对象为箱型钢柱，研究其在底部火源和侧向来流均匀风场作用下的热场变化情况。火盆摆放在钢柱侧面，如图 1 所示。箱型钢柱长为 2.5m，截面为 150mm150mm4.5mm。下部火盆高0.4m，火盆面为 0.5m0.5m。由于考虑左侧来流风的影响，计算域大小取为 26.8m1.6m6.4m。迎风面背风面侧壁面2.50.50.4火盆图1火羽近柱场景/mFig.1Fireplumeadjacenttosteelcolumnscene2.2网格划分Q=1DFDS 所使用的网格尺寸是计算流体动力学中一个重要的数值参数，影响数值精度。当无量纲热释放速率即表示流体的惯性力刚好等于浮力。当取得此临界状态时，可推导得羽流的特征直径：D=(QcpTg)2/5(4)Cp式中：为密度；T 为气体温度；为气体比热容；g 为重力加速度。D自由燃烧火灾的 LES 模拟所需的空间分辨率通常根据羽流的特征直径来定义。数值网格的特殊分辨率 R*定义为：R=dxD(5)dx式中，为给定网格的单元的特征长度。R=1/14在靠近火羽区域模型网格逐渐加密，网格总数为 314976 个，火羽燃烧区域的最小网格尺寸为 25mm。研究表明一般网格尺寸可以取火源特征直径的 1/161/417。本案例中数值网格的特殊分辨率，局部网格示意图如图 2 所示。图2计算域局部网格划分示意图Fig.2Schematicdiagramoflocaldomainmeshing2.3数值模拟参数在数值模拟的过程中，需要对模拟参数进行合理的选取。火源热释放速率设定为 100kW(小型火灾场景)，选择火灾初期增长阶段的热释放速率HRR 按慢速型 t2规律发展，火灾增长系数17取为0.002931。反应物为丙烷，燃烧热取 13100kJ/kg，CO 质量生成量取为 0，烟气质量生成量取为0.08。模拟自由燃烧场景，因此计算域各边界采用 Open 界面条件，考虑侧面来流，将左侧面的边界条件改为入风口。数值模拟发现，模拟时长超过 1000s 以后钢柱壁面温度趋于稳定，因此瞬态计算时长为 1000s。钢的密度为 7850kg/m3，影响钢材升温的导热系数和比热容采用了欧洲规范6中的规定。工程力学2213数值模型的验证3.1验证对象选 取 顶 棚 射 流 工 况 下 的 钢 梁，采 用YOKOBAYASHI 等18的试验数据进行数值模型验证。实验设置如图 3 所示。圆形扩散火焰燃烧装置高 200mm，直径 500mm，位于工字钢梁(截面 150mm75mm6mm，3600mm 长)正下方600mm 处。以丙烷为燃料，热释放速率 HRR 为130kW。天花板放置在工字钢的顶部。柱天花板梁火源3640ZX3600600500200图3钢梁顶棚射流实验模型/mmFig.3Experimentalmodelofsteelbeamunderceilingjet3.2验证结果图 4 为 FDS 模拟得到的顶棚射流工况下工字钢梁受火模型的三维火焰及烟气示意图。可见火焰可直接冲击钢梁中部，属于典型的构件局部火灾场景。图4火焰及烟气示意图Fig.4Schematicdiagramofflameandsmoke图 5 展示了数值模拟所得钢梁腹板与下翼缘在火灾工况下 30min 时刻的壁面温度云图，由于温度呈轴对称分布，因而取轴向方向的 1/2 进行展示与分析。由于钢梁中段区域直接接受火焰热量，故其温度最高，腹板与下翼缘的最高温均为700 左右，从中间位置向两端延伸后温度逐渐降低，轴向边缘区域壁面温度接近正常室温。图 6 为梁体腹板与下翼缘表面中线的壁面温度沿轴向变化曲线。从图中可见数值模拟结果与YOKOBAYASHI 等18的试验结果吻合良好。该试验中对工字钢进行了入射辐射热流和表面温度的测量，其中壁面温度取钢梁在火灾工况下第 30min时的测量数据；中部高温区域数值模拟结果略高于试验结果，误差约为 10%；从中间位置向两端延伸数值模拟结果与试验结果几乎完全重合。本文数值模拟结果与该试验结果的对比，验证了数值模型的正确性。(a)腹板(b)下翼缘0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.80.00.20.40.60.81.01.21.41.61.850150250350450550650150250350450550650壁面温度/()50壁面温度/()图5钢梁表面温度云图Fig.5Steelbeamsurfacetemperaturedistribution(a)腹板(b)下翼缘0200400600800壁面温度/()壁面温度/()距工字梁中轴/m腹板中轴线壁面温度(试验数据)腹板中轴线壁面温度(FDS模拟)0.00.20.40.60.81.01.21.41.6距工字梁中轴/m0.00.20.40.60.81.01.21.41.60200400600800下翼缘中轴线壁面温度(试验数据)下翼缘中轴线壁面温度(FDS模拟)图6钢梁表面中轴线温度曲线Fig.6Temperaturecurveofsteelbeamsurfacecentralaxis4数值模拟结果通过顶棚射流模型验证了数值模型的正确性222工程力学后，下面开始探究风-火-钢柱模型的演变规律，考虑左侧来流速度分别为 0m/s(无风情况)、0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s 和 1m/s 几种不同情况。4.1火灾分析图 7 给出了此局部火灾模型中流体域 300等温面在不同来流情况下的分布。由图 7 可知，水平来流使得火羽流发生倾斜现象，这是火焰本身向上浮力与左侧来流的横向惯性作用共同影响产生的结果。随着来流速度的增加火焰高度逐渐降低。当风速小于 0.5m/s 时火焰反应区基本完全位于钢柱左侧，属于火羽近柱情形；而当风速加大到 0.5m/s 以上时，火焰受来流影响包裹住钢柱下部区域，火羽近柱模型演变为火羽绕柱场景。可见，在来流的影响下火焰形态以及火与结构的相互作用发生很大改变。(a)0.2 m/s(b)0.4 m/s(c)0.6 m/s(d)0.8 m/s(e)1.0 m/s图7风-火-柱场景 300 等温面展示Fig.7300isothermalsurfacedisplay从图 7 可见临界风速为 0.5m/s 左右，风速低于 0.5m/s 时的几种情况流体域形态分布相似，异于风速高于 0.5m/s 时的几种情况。图 8 分别展示了在 0.4m/s 和 0.6m/s 两种风速情况下得到的XZ 截面与 YZ 截面温度分布云图(取 1000s 时均值)进行重点分析。可见，在相对低风速(小于 0.5m/s)情况下，高温区主要分布在火盆上方，从两侧掠过钢柱侧壁面的烟气温度偏低，且位置偏上，位于钢柱中段；而在相对高风速(大于 0.5m/s)情况下，高温区分布于火盆右侧边缘以及钢柱两侧壁面的下部区域，说明风速增大后一部分燃料在火盆上方与氧化剂接触并发生反应，还有一部分燃料在来流惯性作用下向右运动，在钢柱侧壁面附近区域与氧化剂充分混合并反应放热。分析数据可知，计算域内最高温可达约 750，风速的增大明显降低火焰高度。图 9 为两种不同来流速度情况下 XZ 截面速度分布云图(1000s 时均值)。在相对低风速(小于0.5m/s)情况下，火盆上方存在强浮力作用的向上羽流，最高流速发生在钢柱迎风面表面，超过 3m/s。而在相对高风速(大于 0.5m/s)情况下，存在很强的水平横流惯性作用，火焰的浮力作用相对抑制。通过速度分布云图可以看出，在钢柱迎风面大部分区域表面几乎无强气流作用，速度小于0.5m/s，最高流速发生在背风面中段区域，达到 1.5m/s 左右。可见随着水平来流风速的增大，惯性作用加强浮力作用明显减弱。(a)风速0.4 m/s(b)风速0.6 m/s温度/()75070065060055050045040035030025020015010050温度/()75070065060055050045040035030025020015010050YZ截面XZ截面XZ截面YZ截面YZ截面XZ截面XZ截面YZ截面图8温度分布云图(时均)Fig.8Temperaturedistributioncloud(timeaveraged)4.2钢柱的热分析接下来分析钢柱构件的各种热分析结果。图 10为钢柱迎风面在不同入口风速情况下的壁面温度分布(取 1000s 时刻结果值进行分析)。可见在相对低风速下(小于 0.5m/s)的三种情况迎风面温度云图相似，同样相对高风速(大于 0.5m/s)的三种情况迎风面温度云图相似，原因是风速较大时该模型会呈现火羽绕柱场景，因而改变了钢柱迎风工程力学223Z=0.45 m面的受热状态。温度分布均呈现随高度增加温度降低的趋势，柱体最高温区域位于区域，最高温为 520 左右。速度/(ms1)3.02.82.62.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.2(a)风速0.4 m/s(b)风速0.6 m/s图9速度分布云图(时均)Fig.9Velocitydistributioncloud(timeaveraged)(a)0 m/s(b)0.2 m/s(c)0.4 m/s(d)0.6 m/s(e)0.8 m/s2.52.0Z1.552049046043040037034031028025022019016013010070401.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.5温度/()2.0Z1.51.00.50图10迎风面壁面温度云图Fig.10Windwardwalltemperaturedistribution图 11 为迎风面中线的壁面温度随高度增加的变化曲线。图 11 中可见：对于钢柱上部区域，随来流速度加大壁面温度降低；对于钢柱中部区域，当来流速超过约 0.5m/s 时壁面温度急剧降低至接近正常室温；对于钢柱下部区域，来流速为0.4m/s 时壁温达到最高，接近 550，而当来流时为 1m/s 时壁温最低，降至 400 左右。整理来看，低风速情况下钢柱迎风面的受热情况更加剧烈。图 12 为钢柱背风面在不同入口风速情况下的壁面温度分布(取 1000s 时刻结果值进行分析)。Z=0.5 m与迎风面情况类似，同样在相对低风速下(小于0.5m/s)的三种情况温度云图相似，在相对高风速下(大于 0.5m/s)的三种情况温度云图相似。温度分布均呈现随高度增加温度降低的趋势，固体最高温区域位于区域，最高温仅为约 240。可见背风面受热升温情况显著低于迎风面。0.00.51.01.52.00100200300400500600壁面温度/()距火源高度/m迎风面壁面温度(无风情况下)迎风面壁面温度(0.2 m/s)迎风面壁面温度(0.4 m/s)迎风面壁面温度(0.6 m/s)迎风面壁面温度(0.8 m/s)迎风面壁面温度(1.0 m/s)图11迎风面中轴线壁面温度曲线Fig.11Temperaturecurveofwindwardwallcentralaxis2402302202102001901801701601501401301201101009080706050402.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.50(a)0 m/s(b)0.2 m/s(c)0.4 m/s(d)0.6 m/s(e)0.8 m/s温度/()图12背风面壁面温度云图Fig.12Leewardwalltemperaturedistribution图 13 为背风面中线的壁面温度沿高度变化的曲线。图 13 中可见：对于钢柱上部区域，基本呈现随来流速度加大壁面温度降低，无来流时背风面顶部温度最高约为 60；对于钢柱下部区域，壁面温度随来流速度加大而不断上升，当来流速为 0.8m/s 与 1m/s 时壁面温度最高值接近 240，而无来流和来流速较低时，壁面温度约为 200。钢柱在火灾环境中受热升温是由于壁面接受了热通量。热通量包括辐射项与对流项，其中对流项指流体流动所伴随的热量传递。这其中涉及224工程力学TRevPrvThc=KReaPrb一个关键参数，即对流换热系数 hc，其可以表示流体与固体表面之间的换热能力。hc是在火灾分析与热分析的耦合界面进行传递的重要参数。hc与温度边界层厚度相关联，雷诺数与速度边界层厚度相关联，普朗特数又可以建立与的联系，因此可推导得到 hc的一般关系式：。在 FDS 计算中，对流换热系数是基于自然对流和强制对流关联的组合17：h=maxC?TgTw?1/3,kL0.0037Re45Pr13(6)CTgTwkL式中：对于自然对流项，为经验系数，对于竖向平板取值为 1.5217，与分别为表面气体温度和壁面固体温度；对于强迫对流项，为气体的导热系数；为与模型大小有关的特征长度。0.00.51.01.52.020 40 60 80 100120140160180200220240260距火源高度/m背风面壁面温度(无风情况下)背风面壁面温度(0.2 m/s)背风面壁面温度(0.4 m/s)背风面壁面温度(0.6 m/s)背风面壁面温度(0.8 m/s)背风面壁面温度(1.0 m/s)壁面温度/()图13背风面中轴线壁面温度曲线Fig.13Temperaturecurveofleewardwallcentralaxis图 14 为不同风速情况下迎风面对流换热系数的云图(1000s 时均值)，可以看出对流换热系数的分布规律仍然可以分为相对低风速(小于 0.5m/s)与相对高风速(大于 0.5m/s)两种情况。在低风速情况下对流换热系数呈现“下低上高”的分布形式，在上部区域最大值约为 12W/(m2)，在下部区域大约为 6W/(m2)。原因是，低风速情况下火羽会受浮力影响产生很强的向上气流，其速度随高度增高而不断加大，流体流动所伴随的热量传递也就更多，因此，上部区域对流换热系数不断增大。当来流风速大于 0.5m/s 时，对流换热系数整体呈现“下高上低”的分布形式，在下部区域大约为 7W/(m2)8W/(m2)，在上部区域仅为 1W/(m2)2W/(m2)，可见在火焰高度极低时上部钢柱几乎不存在对流吸热现象。图 15 为不同风速情况下背风面对流换热系数的云图，可以看出对流换热系数普遍小于迎风面。当来流速为 0.4m/s 时背风面顶端出现 hc系数的最大值，约为10W/(m2)。当风速大于0.5m/s 时背风面的 hc分布相对均匀，约为 6W/(m2)7W/(m2)。12111098765321(a)0 m/s(b)0.2 m/s(c)0.4 m/s(d)0.6 m/s(e)0.8 m/s2.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.5对流换系数/(W/(m2)2.0Z1.51.00.50图14迎风面壁面对流换热系数云图Fig.14Windwardwallconvectioncoefficientdistribution12111098765321(a)0 m/s(b)0.2 m/s(c)0.4 m/s(d)0.6 m/s(e)0.8 m/s2.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.502.52.0Z1.51.00.50对流换系数/(W/(m2)图15背风面壁面对流换热系数云图Fig.15Leewardwallconvectioncoefficientdistribution5结论本文采用计算流体动力学方法开展局部火灾场景下结构构件的热学荷载分析，具体工作及研究结论如下：(1)以顶棚射流模型为案例，对比了顶棚下方工字钢梁的 CFD 模拟结果和试验结果，两种结果吻合较好，表明采用 CFD 模拟得到的结果可以满工程力学225足工程精度的要求。(2)以考虑来流影响的火盆临近钢柱模型为局部火灾典型研究对象，通过数值模拟发现存在临界风速(约为 0.5m/s)，当来流速低于临界风速属于火羽近柱场景，高于临界风速时火羽流发生倾斜变成火羽绕柱场景。在此局部火灾场景下钢柱迎风面受热升温较背风面更为显著，当风速接近临界风速时，迎风面受热最为严重。(3)讨论了火盆临近钢柱模型的对流换热系数分布规律，风速的加大并不会简单地增大 hc的数值。对于迎风面，当风速大于临界风速时火焰高度降低，从侧壁面环绕钢柱，因而钢柱迎风面中段及上段的 hc数值显著降低，背风面中段及上段的 hc数值显著升高。参考文献：ZHANGC,LIGQ,WANGYC.Sensitivitystudyonusingdifferentformulaeforcalculatingthetemperatureofinsulated steel members in natural 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