火灾数值模拟研究FDS开题报告
基于FDS地铁火灾烟气蔓延数值模拟研究
基于FDS地铁火灾烟气蔓延数值模拟研究摘要：为了有效解决地铁隧道火灾时烟雾分布对人员疏散的影响问题，以西安地铁2 号线为研究对象，针对火灾列车停留在隧道中的火灾工况，重点研究不同规模火灾条件下隧道温度、烟雾蔓延范围、可见度等参数的分布情况及变化规律。
根据该隧道特定的内部几何构造，建立FDS 仿真模型。
利用该软件对隧道开展数值模拟研究，获得了隧道火灾发展及烟气蔓延的一般性规律。
关键词：地铁隧道；人员疏散；FDS 数值模拟；烟气蔓延0 引言鉴于地铁隧道火灾的危害性，国内外学者试图通过研究找出火灾发生的规律，制定一套隧道火灾的预防措施和救援方法。
本文利用计算流体动力学软件FDS(Fire Dynamics Simulator，火灾动态模拟)对西安地铁2 号线进行火灾仿真模拟，以Navier-Stokes 方程为基础，引入浮力修正的k-ε湍流模型、湍流燃烧模型和辐射换热模型，建立了适用于描述地铁隧道内烟气温度分布和气体流动的计算流体动力学模型，实现了对地铁隧道内火灾发生时温度场的数值模拟分析，获取了火灾参数。
1 公路隧道热释放速率依据瑞典国家测试研究所Ingason．H 的火灾热释放理论，现行采用的火灾热释放率数学模型主要有以下几种：(1)线性增长模型：增长阶段采用线性增长，稳定燃烧阶段保持恒定，下降阶段为线性下降。
(2)平方增长模型：增长阶段采用平方增长，稳定燃烧阶段保持恒定，下降阶段采用指数模型。
数学模型函数如表1 所示。
其中：tmax 为火灾达到最大热释放率的时间；td 为维持最大热释放率的时间；Qmax 为火灾最大热释放率；HRR 为火灾的热释放率。
(3)指数增长模型：Ingason．H 采用一个指数函数来描述火源热释放率的变化，燃料控制的火源热释放率模型依据Numajiri 和Furukawa 的建议，给出以下数学模型：式中：。
基于FDS的LNG储备站火灾安全分析
基于FDS的LNG储备站火灾安全分析随着液化天然气（LNG）在能源领域的广泛应用，LNG储备站的火灾安全问题备受关注。
为了有效预防和应对火灾事故，基于火灾动力学仿真软件（Fire Dynamics Simulator，FDS）的LNG 储备站火灾安全分析成为一种常用的研究方法。
首先，在分析之前，需要对LNG储备站的火灾特性和安全措施有所了解。
LNG是一种低温液化气体，具有高燃烧热和易燃性。
在LNG储备站中，LNG储罐是火灾风险的主要来源，而其他设施如泄漏防护系统、灭火系统等则是防范火灾的重要措施。
其次，通过FDS软件模拟LNG储备站火灾场景，可以对火灾发展过程进行仿真分析。
FDS能够模拟火灾的传播、燃烧和烟气扩散等过程，从而预测火灾扩散的速度和范围。
通过设置不同的参数和条件，可以模拟不同的火灾情景，评估火灾对LNG储备站造成的潜在危害。
然后，在火灾分析中，需要考虑各种可能的火灾源和火灾扩散路径。
常见的火灾源包括泄漏、点火源等，而火灾扩散路径则包括通风系统、管道设施等。
通过对这些因素进行综合分析，可以找出潜在的火灾风险点，并制定相应的防范措施。
最后，基于FDS的LNG储备站火灾安全分析还可以评估不同的灭火方案和应急预案。
灭火方案通常包括自动灭火系统、手动灭火设备等，而应急预案则包括逃生通道、紧急撤离等。
通过模拟不同的灭火措施和应急预案，可以评估其对火灾扑灭和人员安全的影响，并根据评估结果进行相应的优化和改进。
综上所述，基于FDS的LNG储备站火灾安全分析是一种有效的研究方法，可以帮助预防和减少火灾事故的发生。
通过模拟火灾过程和评估安全措施，可以提升LNG储备站的火灾安全性，保障人员和设施的安全。
然而，需要注意的是，FDS模拟结果仅为理论预测，实际情况可能会受到多种因素的影响，因此在实际应用时需要结合实际情况进行综合考虑和判断。
基于FDS的沙发火灾数值模拟.
基于FDS的沙发火灾数值模拟0 引言随着生活条件的提高 ,装饰家具越来越多地出现在现代建筑中 ,其种类和性能也越来越复杂.室内火灾的扩大常常与可燃的装饰家具有关.导致人员死亡的火灾中有 1 /3 是装饰家具火灾[1]。
统计结果表明，火灾中8 5％以上的死亡者是由于烟气的影响，其中大部分是吸人了烟尘及有毒气体昏迷后而致死的[2]。
本文将以典型的sofa-Fire 算例为重点，通过全尺寸实验和数值模拟相结合的方法研究其燃烧过程的热释放速率、室内温度场分布及烟气流动,为建筑火灾防治和火灾安全设计提供参考依据。
1 FDS 简介美国火灾研究机构也对本国的装饰家具的火灾特性进行了研究[3]。
最终由NIST 开发的一种模拟程序FDS，它用数值求解方法求解一组描述热驱动的低速流动的Navier-Stokes 方程，重点计算火灾中的烟气流动和热传递过程。
FDS 提供了两种数值模拟方法，即直接数值模拟（DNS：Direct Numerical Simulation）和大涡模拟（LES：Large Eddy Simulation）。
直接数值模拟是通过直接求解湍流的控制方程，对流场、温度场及浓度场的所有时间尺度和空间尺度进行精确描述，但是目前的计算条件下，只能用于对层流及较低雷诺数湍流流动的求解[4]。
一般情况下，在利用FDS 进行火灾模拟时均选用大涡模拟。
它是把包括脉动在内的湍流瞬时运动通过某种滤波方法分解成大尺度量通过数值求解微分方程直接计算出来，小尺度运动对大尺度运动的影响通过建立亚格子模型来模拟。
FDS火灾动态模拟软件主要由两部分组成，分别是FDS和Smokeview部分。
其中，FDS部分主要是用来完成对火灾场的创建和计算阶段。
而Smokeview 部分则是对FDS计算结果的可视化，它以三维动态的形式显示火灾发生的全过程。
2 couch 场景布置场景长2.4 米，宽1.0 米，高2.4 米。
在X 轴方向上共设有24 个网格，Y 轴方向上设有10 个网格。
基于fds灭火模型的消防模拟训练系统研究
测温热电偶
消防水枪消防水枪
燃
烧
喷
嘴
燃烧喷嘴
200400600800
1 0000
204060
灭火时间/s
60°30°
90°120°150°不同水枪喷射角下热释放速率随时间的变化曲线
3）可以看出，在该火灾场景下，当火源的固定热释放速率大于有效消防水的吸热速率，燃气不断供应并被但由于受到水流冲击，火焰并不稳定，火源的热释放速率将在一个区间内波动；而当火源的固定热释放速率小于有效消防水的吸热速率，维持燃烧反应的热量逐渐减又由于水柱持续压迫火焰表面，使着火源与氧气的接触面积减少，导致火焰逐渐熄灭，热释放速率最终变为零。
可知，该场景下水枪喷射角与火源扑灭时间近似呈线性关系，即消防水枪的喷射角越大，扑灭火焰的时主要是在水流量一致的情况下，较大的水枪喷射角可使水雾的覆盖面积更大，降温效果更好，同时更好地
0100200300400500600700800
0-10
2010
40
3070
6050灭火时间/s
60°30°90°120°150°
火源附近测点温度值/℃。
基于FDS的地下停车场火灾数值模拟分析
７ ４
安 全 与 环 境 工 程
第ｌ卷 ９
Ｆ Ｓ对某 医 院地下停 车场 进行 了火灾 数值模 拟 。 Ｄ
１ Ｆ Ｓ火 灾模 拟 软件 简 介 Ｄ
在过 去十几 年里 ， 火灾 模拟 经过 了区域模 拟 、 场
模拟 到 网络模拟 和 场 区 网复 合 模 拟 的发 展 过 程 ， 从
ｕ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｒ ｖ ｎ ｉｇ ｔ ｉｅ ｓ ｒ ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｈｅｐ ｎ ｏ ｌ ｖ ａ ｅ ｅ ａ ｕ ｔｏ ． ａ ｉｎ ｓ ｓｅ ｆ ｒ ｐ ｅ ｅ ｔｎ ｈｅｆｒ ｐ ｅ ｄ ｎ ｎ ｌ ｉ ｇ ｐｅ ｐ ｅｈａ ｅ ｓ ｆ ｖ ｃ ａ ｉ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｕｎ ｒ ｏ ｄｅ ｇｒ ｕｎｄ ｐ ｒ ｎｇ；ｉｅ； ａ ｋｉ ｆｒ ＦＤＳ
筑 大 。据统计 ， 下 建 筑 发 生 火灾 的次 数 虽然 只有 地
高层 建 筑火 灾 次 数 的 １ ８ 但 可 导 致 的 死 亡 人 数 却 ／，
是 高层 建 筑 的 近 １ ４ 造成 的损 失也 是 高层 的 １ ５ ／， ／， 可见 地下 建筑 的火 灾危 险性 更 大 。其 主要 原 因是 ：
灾过程 。另 外 ， 软 件 主要 采 用 数值 方法 求 解 受火 该
灾 浮 力 驱 动 的 低 马 赫 数 流 动 的 ＮＳ方 程 （ ｖｓ Ｎａｉ
Ｓｏ ｅ ， ｔｋ ｓ 粘性 流 体 ） 重 点计 算 火 灾 中的烟 气 和 热传 ， 递过 程 ， 之 Ｆ Ｓ是 开 放 的源 码 ， 推 广 使 用 的 同 加 Ｄ 在 时可 根据 使 用 者 反 馈 的 信 息 持 续 不 断 地 完 善 其 程 序， 因此 目前在火 灾研 究领域 得 到 了广 泛 的应 用 。
基于FDS的快捷酒店房间火灾数值模拟
据模拟试验验所得结果和数据 ， 分析了快捷酒店发 生火灾时烟气运动 、 温度分布和能见度的变化规律。
图１ 快捷 酒店 房 间 Ｆ Ｄ Ｓ模 型 １ Ｆ Ｄ Ｓ建模
Ｙ ＝１ ． ４ ５ ｍ， Ｚ＝ ２ ． ３ ｍ， 走道 内感 烟探 测器 位置 为
＝
假设 某快 捷酒 店房 间标准 尺寸 为 ４ ． ８ ｍ× ３ ｍ× ２ ． ３ ｍ， 最 小 网格 为 ０ ． １× ０ ． １×０ ． ０ ８ ， 网 格 数 量 为
全 与环 境 工 程 ， ２ ０ ０ ９ ， １ ６（ ５ ） ： ８ ５— ８ ８ ．
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４一Ｏ １— ０ ６
作者简介： 单桂薇 （ １ ９ ７ ３ 一
・
） ， 女， 辽 宁大连人 ， 工程师 ； 葛政 （ １ ９ ８ ０ 一
） ， 男， 河北保定人 ， 助理工程师。
６ ２・
单桂 薇 ， 等： 基于 Ｆ Ｄ Ｓ的快捷酒店房间火灾数值模拟
示） 。在近 ２ ０ Ｓ 时间内， 火 焰 突然 变 得 剧 烈 ， 几乎 形 成轰 燃 。 由模 拟计算 得 出 ， 窗 户 和 门打 开后 ， 空气 自
假设 窗 口向 内吹 自然 风 ， 风速 为 ０ ． ５ ｍ・ Ｓ ～， 房
间墙壁设置为 ０ １ ｍ厚度混凝土 ， 房间内床头柜 、 桌 子设置为黄松木 ， 房间内两张单人床设置材料按 ０ ． ２ ｍ厚泡沫设计计算 ， 在房间 内屋顶 和室外走道设置
感烟 探测 器 ， 房 间 内感 烟探 测器位 置为 Ｘ ＝ ４ ． ５ ｍ，
试验所得 结果和数据 ， 分析 了快捷 酒店发 生火灾时烟 气运动 、 温度分布和能见度 的变化规律 。
关键词 ： 快捷 酒店 ； 房 间火 灾 ； Ｆ Ｄ Ｓ ； 模 拟 试 验
基于FDS软件的故宫博物院养心殿后殿火灾数值模拟研究
基于FDS软件的故宫博物院养心殿后殿火灾数值模拟研究基于FDS软件的故宫博物院养心殿后殿火灾数值模拟研究近年来，故宫博物院作为中国乃至世界文化遗产的代表之一，吸引了大量游客的关注和到访。
然而，作为一座古老的建筑，故宫博物院也面临着各种安全隐患，尤其是火灾风险。
因此，了解和研究火灾对故宫博物院建筑的影响成为一项重要的工作。
本文旨在基于FDS软件进行数值模拟研究，探究故宫博物院养心殿后殿火灾情况下的火灾扩散特点和烟气排放情况。
首先，我们需要了解故宫博物院养心殿后殿的建筑结构和特点。
养心殿后殿是一座典型的古建筑，采用了传统的木质结构。
根据实地调研和文献资料，我们获得了建筑的详细参数和材料信息。
在模拟研究中，我们首先构建了养心殿后殿的三维模型，并利用FDS软件对其进行了火灾扩散模拟。
根据历史记录和实地观察，我们选取了不同情况的火灾源，包括明火、电器设备故障和化学品泄露等。
利用FDS软件的火灾模拟功能，我们能够准确模拟火灾的发展过程和火势传播路径。
在模拟过程中，我们将开展多组实验，模拟不同条件下的火灾扩散情况。
通过调整火源参数、风速、通风情况等因素，我们能够获得不同情况下的火灾扩散特点和烟气排放情况。
同时，我们还将对烟气的浓度分布、温度分布和火灾对建筑结构的影响进行详细分析。
通过数值模拟研究，我们得出了一些有价值的结论。
首先，明火的引燃能力和烟气的传播速度对火灾的扩散起着至关重要的作用。
其次，建筑的通风和排烟系统对于火灾扩散的控制有着重要的作用。
合理设置通风口、防火门和烟道出口等设施能够有效减缓火势的蔓延。
此外，材料的燃烧性能和防火性能对火灾的影响也不容忽视。
基于以上研究结果，我们向故宫博物院提出了一些建议。
首先，加强火灾预防意识，开展定期的安全演练和培训，提高员工和游客的火灾应急意识。
其次，加强建筑的消防设施建设，确保通风系统的畅通和防火门的完好。
此外，还应定期检查和维护电器设备，避免由于设备故障导致的火灾。
基于FDS的办公大楼火灾数值模拟分析
（ 、 ｏ ｔ ＋ （ ・ ｖ ） ） ＋
＋ ｖ ．
式中， Ｐ： 压力（ Ｐ ａ ） ； 丁 ： 粘 性 力张 量 （ Ｎ） ； 重 力 加 速 度
流体 动力 学软 件 。 该软 件采 用数 值方 法求 解受 火灾 浮力 驱 动 的低 马赫 数 流动 的 Ｎ — Ｓ方 程 ，重 点计 算 火 灾 中烟气 和 热传 递 过程 。 由于 Ｆ Ｄ Ｓ程 序 是 开放 的， 其 准 确性 得 到 了大量 试 验 的验 证 ， 因 此 在火 灾
科 学领 域得 到 了广泛 的应 用 ］ 。
ａ Ｐ＋ Ｖ
ｄｆ
． ：
０
建模枯 燥 复杂 的命令 中解 放 出来 。在 ｐ ｙ ｒ ｏ ｓ ｉ ｍ里 面 不仅 包括 建模 、 边界 条 件设 置 、 火源设 置 、 燃 烧材 料
式中， Ｐ： 密度（ ｋ ｇ ／ ｍ 。 ） ； ： 速度矢 量 ： （ ｍ ／ ｓ ） 。
１ ４
（ ｍ ／ ｓ ） ； ７： 作用于流体上的外力（ 除重力外） （ Ｎ ） 。
以上 为流体 动 力学 的基 本方 程 ， 能够 准 确描 述 烟气 的流 动与传 热 。
２ ｐ ｙ ｒ ｏ ｓ ｉ ｍ和 ｐ ａ ｔ ｈ ｆ ｉ ｎ ｄ ｅ ｒ 简 介
对大 尺度 运动 的影 响通 过建 立亚 格子 模 型来 模拟 ，
＋ Ｖ・ （ ｋ ＶＴ ） ＋ Ｅｖ・ （ ｉ ｐ Ｄｉ Ｖ Ｙ ｉ ）
ｄ ａ ｒ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）开发 的一 种场 模 拟 程 序 ， 它
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毕业设计（论文）开题报告
学生姓名：学号:
所在学院：城市建设与安全工程学院
专
安全工程专业
业
设计（论文）题目地铁车厢火灾的数值模拟研究
指导教师：__________________________________
2013年1月9日
开题报告填写要求
1．开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；
3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15 篇（不包括辞典、手册）；
4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94
《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。
如“2004年4月26日”或“2004-04-26 ”。
毕业设计（论文）开题报告
1.结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左
右的文献综述：
文献综述
一.地铁火灾研究的概述：
在现代大都市中，地铁是一种非常重要的公共交通工具，在人们的生活中发挥着越
来越重要的作用，它提供给人们的便利是其它交通工具所无法替代的。
但是，由于地铁
属地下建筑，建筑结构特殊，而且客流量大、人员集中，所以一旦发生火灾，特别容易造成群死群伤的严重后果。
以下是近年来全球地铁发生的几起重大灾难事故：
时间地点伤亡损失情况
1982-03-16美国纽约地铁伤86人、1节车厢被毁坏
1987-11-18伦敦国王十字地铁站32人死亡，100多人受伤
1991-04-16瑞士苏黎世地铁机车1人死亡，100多人受伤、售票厅被烧毁
1995-10-29埃塞拜疆首府巴库列车558人死亡，269人重伤
1998-01-01俄罗斯莫斯科地铁3人受伤
1999-06俄罗斯圣彼得堡地铁车站6人死亡
1999-10韩国首尔郊外的地铁55人死亡
2001-08英国伦敦发生地铁6人受伤
2001-08-30巴西圣保罗地铁1人死亡，27人受伤
2003-02-18韩国大邱市中央路地铁车站198人死亡、146人受伤
1996年至今北京地铁共发生151起火灾，多人伤亡
在所有统计的地铁火灾事故中，造成大量人员伤亡主要原因并不是烧伤，而是因为再地铁站内人员疏散不及时，导致大量人群滞留危险区域，燃烧过程中形成的烟气扩散后使站台内能见度降低，客观上增加了疏散的难度。
与此同时造成被困人员心理恐慌，发生拥挤踩踏，更加阻碍了疏散速度，极易造成群死群伤事故。
此外据统计，地铁火灾中地铁列车起火引起的占46%大部分列车火灾事故发生在车厢内，尤其以前生产的地铁车厢，内部装饰材料、座椅大多是可燃材料，或由于乘客携带的易燃品，或由于机械故障、电气故障等引起的地铁车厢着火。
⑴而目前全世界已有100多座城市开通了300多条地铁线路，总长度超过6000公里。
我国自1965年7月1日在北京动工修建地铁以来的40 年中，相继又在天津、香港、上海、深圳、南京和广州等六座城市开通了地铁，正式拉开了
我国城市地铁建设序幕。
目前，我国有13个城市已经运行或正在修建地铁。
因此, 开展对地铁车厢火灾形成和发展过程的研究，对此进行数值模拟分析，同时对地铁站台的安全疏散进行分析，对地铁的安全运行有非常重要的科学和现实意义。
三•研究路线:
四•总结
本次研究确立了南京地铁列车的主要火灾安全目标、通过对列车的火灾危险性分
析、危险源辨识、烟气温度变化的分析，及车站的实地勘察，运用FDS软件模拟出列车内不同位置发生火灾时烟气的流动情况和温度的分布。
对于火源功率的设定国外发达国
家对于此问题的研究大都采用5〜50 MW，且重点研究10 M W情况的火灾实验。
香港周允基教授在常用交通工具火灾中给出地铁火灾的热释放速率峰值约为35 MW ,地铁车辆火灾后25 m i n时相应的热释放速率变化范围在8〜13 MW。
中国矿业大学程远平教授给出一节车厢火灾的最大热释放速率为23.8 MW , 3 节车厢火灾的最大热释放速
率为50.9 M W。
冯炼在模拟计算中采用的列车火灾热释放速率峰值为13.6 MW。
根
据我国相关的轨道交通工程安全预评价报告，地铁列车车厢发生火灾后的热释放速率峰值一般可取为6.8 MW ,火灾将在380 s时达到峰值，清华大学陈涛等研究人员按照最不利原则，取该场景下的火灾热释放速率为标准场景的 1.5倍，对应的热释放速率
峰值为10.2 MW ,火灾达到峰值的时间为233s。
因此在本项研究中分别设置了火源功率为7.5MW 10MV和13MV三种情况进行模拟。
通过这项研究，使得对地铁车厢火灾的发展过程有个清晰的认识，对地铁车厢的整体安全情况有了一个细致的了解，并以此制定相应的人员疏散计划。
毕业设计(论文)开题报告
2 .本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)：
一•课题的主要研究内容、途径：
本课题主要是对地铁车厢内发生的火灾进行数值模拟和研究，通过经验公式和地铁实测所得的数据等确定模拟研究的边界条件，采用美国NIST开发的FDS(Fire Dynamics Simulator)程序对地铁车厢在火灾中的状况进行数值分析和模拟计算，分析当地铁列车着火情况下，烟气在车厢内和在隧道及车站蔓延的规律及温度场、浓度场分布特点，研究各种机械防排烟方式对烟气扩散的影响及机械防排烟的效果。
采用计算流体力学的方法对地铁站内列车着火情况下多个不同的着火点分别进行模拟，得到烟气的扩散形式及热量的传递规律，着重研究火灾状况下的温度、烟气浓度及火场可视度的变化。
在理论分析的基础上，利用FDS(Fire Dy namics Simulator) 软件建立地铁车厢发生火灾的数值模拟模型，从而得到有关地铁火灾的一般规律性结论。
通过FDS(Fire Dynamics Simulator)软件建立车厢内发生火灾的数值模拟模型，对不同着火点产生的烟气的扩散形式及热量的传递规律进行总结，采用对比分析的方法获得有利于减少地铁火灾危害的结论及地铁车厢内安全保护措施。
毕业设计（论文）开题报告
指导教师意见：
1.对“文献综述”的评语:
2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测:
指导教师：_________________
年月日所在
专业审查意见：
负责人：________________。