火灾动力学模拟软件FDS课件幻灯片
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FDS全面课件FDS软件的使用特制材料
contents •FDS软件概述•FDS软件安装与配置•FDS软件基本操作•FDS软件高级功能•FDS软件在特制材料中的应用•FDS软件使用技巧与注意事项目录该软件基于计算流体动力学（CFD ）和火灾科学理论，用于模拟火灾的发展和烟气运动过程。
FDS广泛应用于建筑火灾安全评估、火灾研究、应急疏散演练等领域。
FDS（Fire Dynamics Simulator）是一款由美国国家标准技术研究所（NIST）开发的开源火灾模拟软件。
火灾场景建模FDS支持创建复杂的建筑和火灾场景，包括房间、走廊、楼梯、门窗等元素的建模。
火灾模拟FDS能够模拟火灾的发展过程，包括火势蔓延、热量传递、烟气生成和扩散等。
数据输出与分析FDS提供丰富的数据输出选项，如温度、速度、浓度等参数的时空分布，以便进行后续的数据分析和可视化。
01020304开源免费高精度模拟灵活性可扩展性获取FDS软件安装包01安装前准备02执行安装程序03安装完成后，启动FDS 软件，进入软件界面。
选择或创建一个用于存储FDS模拟文件和结果的工作目录。
根据实际需求，设置模拟的时间步长、网格大小、边界条件等参数。
导入或创建需要模拟的建筑物或场景的模型文件。
启动FDS软件设置工作目录配置模拟参数加载模型安装失败无法启动模拟结果不准确软件崩溃或无响应常见问题及解决方法界面介绍主界面菜单栏工具栏状态栏模型视图区属性栏新建创建一个新的FDS模型文件。
打开打开一个已存在的FDS模型文件。
保存保存当前FDS模型文件。
打印撤销重做剪切复制粘贴删除提供新建、打开、保存、另存为、关闭和退出等文件操作命令。
文件菜单提供撤销、重做、剪切、复制、粘贴和删除等编辑命令。
编辑菜单提供缩放、旋转、平移和视图重置等视图操作命令。
视图菜单提供层叠窗口、水平平铺和垂直平铺等窗口管理命令。
窗口菜单提供测量距离、角度和面积等工具命令。
工具菜单提供软件帮助文档和在线支持等帮助命令。
帮助菜单用户界面定制快捷键设置插件开发030201自定义功能宏命令使用宏命令创建宏命令编辑宏命令调用脚本编写与调试脚本编辑器脚本语言支持提供专门的脚本编辑器，具有语法高亮、自动补全等功能，提高编写效率。
FDS 课程PPT (2.0)
• 输入文件编制
o 纯文本文件，扩展名任意，推荐job_name.fds o 场景文件由描述场景的一系列命令组成，命令由 一个或多个参数组成，不区分大小写 o 每个命令由符号“&”开头，由符号“/”结尾，符 号外边为注释。每个命令可占一行或多行
o 参数按照Fortran语法，可为整数、浮点数、字符串和 逻辑值（.TRUE.和.FALSE.） o 命令各参数及参数值间可用空格或逗号隔开 o 由命令HEAD开头，命令TAIL结束。文件中的其他命令 一般无先后次序之分
o FDS4~：单步反应
o FDS5：多步反应
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 燃烧模型
o 有限化学反应速率模型(DNS)
• 研究火灾过程中污染物和有毒、有害组分的产生状况，则需要 引入包含相应物质产生机理和产生速率的有限化学反应模型。
C H Cx H y O O2 CO CO2 H O H2O
• 火灾动力学模拟软件
o 包括DNS和LES两种湍流处理方法
• FDS历史：
o o o o o 2000，第一版 2001，第二版 2002，第三版 2004，第四版 2007，第五版
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• FDS 的官方网站 /fds/index.html
Fire Dynamics Simulator (FDS)
FDS假设：
o 低速流动：小于0.3马赫 o 矩形网格 o 指定热释放速率：此时计算精度80%~90% o 燃烧模型：混合分数模型，适合于燃料控制型 火灾， 通风控制型火灾计算精度不高 o 辐射模型：有限容积法求解辐射方程RTE，远 距离辐射计算精度较差
o XB参数设置矩形区域范围，单位m 采用MESH命令设置的区域为一封闭区域 o IJK参数设置x轴、y轴和z轴的网格个数 y轴和z轴网格的数值推荐为2l3m5n，不强制要求
o 纯文本文件，扩展名任意，推荐job_name.fds o 场景文件由描述场景的一系列命令组成，命令由 一个或多个参数组成，不区分大小写 o 每个命令由符号“&”开头，由符号“/”结尾，符 号外边为注释。每个命令可占一行或多行
o 参数按照Fortran语法，可为整数、浮点数、字符串和 逻辑值（.TRUE.和.FALSE.） o 命令各参数及参数值间可用空格或逗号隔开 o 由命令HEAD开头，命令TAIL结束。文件中的其他命令 一般无先后次序之分
o FDS4~：单步反应
o FDS5：多步反应
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 燃烧模型
o 有限化学反应速率模型(DNS)
• 研究火灾过程中污染物和有毒、有害组分的产生状况，则需要 引入包含相应物质产生机理和产生速率的有限化学反应模型。
C H Cx H y O O2 CO CO2 H O H2O
• 火灾动力学模拟软件
o 包括DNS和LES两种湍流处理方法
• FDS历史：
o o o o o 2000，第一版 2001，第二版 2002，第三版 2004，第四版 2007，第五版
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• FDS 的官方网站 /fds/index.html
Fire Dynamics Simulator (FDS)
FDS假设：
o 低速流动：小于0.3马赫 o 矩形网格 o 指定热释放速率：此时计算精度80%~90% o 燃烧模型：混合分数模型，适合于燃料控制型 火灾， 通风控制型火灾计算精度不高 o 辐射模型：有限容积法求解辐射方程RTE，远 距离辐射计算精度较差
o XB参数设置矩形区域范围，单位m 采用MESH命令设置的区域为一封闭区域 o IJK参数设置x轴、y轴和z轴的网格个数 y轴和z轴网格的数值推荐为2l3m5n，不强制要求
FDS讲解
FDS的使用
FDS火灾模拟软件包括FDS和Smokeview两部分。FDS是软件的主体部分，主要完成模 拟场景的构建和计算。而Smokeview则是FDS直观化的程序，它既能处理动态数据也能显 示静态数据，并将这些数据以二维或三维形式显示出来。 使用FDS和Smokeview的一般步骤： 1、建立一个FDS输入文件case-name.data。FDS的输入文件包括以下信息：计算域的大小、 数字栅格的大小、计算域内物体的几何形状、火源的设定、燃料类型、热释放速率、材 料的热物性、边界条件等。 2、运行FDS，然后FDS生成一个或多个输出文件。FDS的输出参数主要是密度、温度、 压力、热释放速率、燃烧产物的浓度、混合分数以及热流和辐射对流等。计算中想要得 到什么参数的数据，在哪个位臵的数据，计算前必须在输入文件中提前设定，一旦开始 计算就无法进行更改。FDS数据的输出主要有以下几种形式： ①在计算区域内任何位臵设臵测点，获得所需参数在该位臵随时间的变化趋势； ②获得任意二维平面各种参数的变化 ③得到特定参数在三维空间内的等值面图 ④获得某一特定时间内所设定参数的静态数据，这些数据可以用二维或三维图片的形式 表现出来。 3、运行Smokeview来分析由第2步产生的输出文件，运行Smokeview可双击文件。 Smokeview也可用于创建新的障碍物和修改原来障碍物的属性。
利用 FDS对建筑内火灾发生发展状况进行模拟 的基本程序可归纳如下:
FDS软件在性能化防火设计的应用
对于建筑内的人员生命安全而言，最重要的安全判据是火灾发生时， 火灾发展到致使环境条件达到人体耐受极限的时间（ASET）必须大于火 灾发生后人员疏散到安全地点所用的时间（REST）。即，ASET>RSET。 在计算ASET时，应考虑火灾时建筑物内影响人员安全疏散的下列因 素： （1）烟气层高度 火灾中的烟气层伴有一定热量和毒性分解物等，是影响人员疏散行动 与救援行动的主要障碍。在疏散过程中，烟气层应始终保持在人群头部 以上一定高度，使人在疏散时不会从烟气中穿过或收到烟气流的热辐射 威胁。 防排烟设计应使烟气层维持在距离有人地面至少1.8m之上高度，对于 高大空间，临界高度的计算公式为： Z=1.6+0.1*（H-h） Z—烟气层距离疏散人员所在地方的临界高度/m H—空间顶棚距离火源位臵的高度/m h—疏散地面高于火源位臵的高度/m
FDS火灾模拟技术系统使用含动画培训ppt动画课件
05
FDS火灾模拟技术系统常见问题及解决方案
系统操作问题及解决方案
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
系统运行与调试问题：解决系统运行过程中出现的各种故障和调试问题，如程序崩溃、数据异常等
系统安装与配置问题：提供详细的安装和配置指南，包括硬件和软件要求、网络设置等
系统使用与操作问题：提供系统使用指南，包括界面操作、数据输入与输出、结果分析等
FDS火灾模拟技术系统的优势和局限性总结
未来发展方向和前景展望
拓展应用领域：将FDS火灾模拟技术系统应用于更多领域，如建筑、交通等
提升模拟精度：提高模拟的精度和准确性，为消防安全提供更可靠的数据支持
智能化发展：结合人工智能、大数据等技术，实现FDS火灾模拟技术系统的智能化发展
国际化推广：加强与国际同行的交流与合作，推动FDS火灾模拟技术系统的国际化发展
FDS系统的定义和作用
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
FDS是火灾动力学模拟的简称
FDS系统的作用
是一种基于计算机的火灾模拟软件 FDS系统的作用
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
评估火灾风险
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
预测火灾蔓延趋势
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
运行火灾模拟：根据输入参数和设定环境进行火灾模拟
分析火灾结果：包括火势蔓延趋势、人员疏散情况等
设定火灾参数
火灾类型选择：根据实际情况选择火灾类型，如固体可燃物火灾、液体可燃物火灾等
燃烧物参数设置：输入燃烧物类型、密度、热值等参数
火源设置：确定火源类型、位置、燃烧速率等参数
通风条件设置：考虑通风对火灾发展的影响，合理设置通风条件
FDS火灾模拟技术系统常见问题及解决方案
系统操作问题及解决方案
添加标题
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添加标题
添加标题
系统运行与调试问题：解决系统运行过程中出现的各种故障和调试问题，如程序崩溃、数据异常等
系统安装与配置问题：提供详细的安装和配置指南，包括硬件和软件要求、网络设置等
系统使用与操作问题：提供系统使用指南，包括界面操作、数据输入与输出、结果分析等
FDS火灾模拟技术系统的优势和局限性总结
未来发展方向和前景展望
拓展应用领域：将FDS火灾模拟技术系统应用于更多领域，如建筑、交通等
提升模拟精度：提高模拟的精度和准确性，为消防安全提供更可靠的数据支持
智能化发展：结合人工智能、大数据等技术，实现FDS火灾模拟技术系统的智能化发展
国际化推广：加强与国际同行的交流与合作，推动FDS火灾模拟技术系统的国际化发展
FDS系统的定义和作用
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
FDS是火灾动力学模拟的简称
FDS系统的作用
是一种基于计算机的火灾模拟软件 FDS系统的作用
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
评估火灾风险
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
预测火灾蔓延趋势
输入你的智能图形项正文，请尽量言简意赅的阐述观点。
运行火灾模拟：根据输入参数和设定环境进行火灾模拟
分析火灾结果：包括火势蔓延趋势、人员疏散情况等
设定火灾参数
火灾类型选择：根据实际情况选择火灾类型，如固体可燃物火灾、液体可燃物火灾等
燃烧物参数设置：输入燃烧物类型、密度、热值等参数
火源设置：确定火源类型、位置、燃烧速率等参数
通风条件设置：考虑通风对火灾发展的影响，合理设置通风条件
火灾动力学模拟软件FDS课件幻灯片
o XB参数设置矩形区域范围，单位m 采用MESH命令设置的区域为一封闭区域 o IJK参数设置x轴、y轴和z轴的网格个数 y轴和z轴网格的数值推荐为2l3m5n，不强制要求
ijk ijk (CS ) 2 S
S 2( u 2 v w u v u w v w 2 ) 2( ) 2 2( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 ( u ) 2 x y z x y z x z y 3
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
模型类别 模型名称 ASET ASET-B FIRST BRI2 CCFM-VENT 开发机构 NIST(U.S.) NIST(U.S.) NIST(U.S.) 日本建筑研究所（ Building Research Institute，Japan） NIST(U.S.) 适用及特点 单室 单室 单室，多个燃烧体 多室，机械通风 多室，多层 可适用超过30个房间、30通风 管道、5个风机的模型计算
t max(
1.2 1.1
uijk
• 变时间步长
x
,
vijk
y
,
wijk
z
) 1
0.07 0.06
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Time step (s)
1.0
0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
• 输入文件编制
o 纯文本文件，扩展名任意，推荐job_name.fds o 场景文件由描述场景的一系列命令组成，命令由 一个或多个参数组成，不区分大小写 o 每个命令由符号“&”开头，由符号“/”结尾，符 号外边为注释。每个命令可占一行或多行
ijk ijk (CS ) 2 S
S 2( u 2 v w u v u w v w 2 ) 2( ) 2 2( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 ( ) 2 ( u ) 2 x y z x y z x z y 3
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
模型类别 模型名称 ASET ASET-B FIRST BRI2 CCFM-VENT 开发机构 NIST(U.S.) NIST(U.S.) NIST(U.S.) 日本建筑研究所（ Building Research Institute，Japan） NIST(U.S.) 适用及特点 单室 单室 单室，多个燃烧体 多室，机械通风 多室，多层 可适用超过30个房间、30通风 管道、5个风机的模型计算
t max(
1.2 1.1
uijk
• 变时间步长
x
,
vijk
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,
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z
) 1
0.07 0.06
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Time step (s)
1.0
0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
• 输入文件编制
o 纯文本文件，扩展名任意，推荐job_name.fds o 场景文件由描述场景的一系列命令组成，命令由 一个或多个参数组成，不区分大小写 o 每个命令由符号“&”开头，由符号“/”结尾，符 号外边为注释。每个命令可占一行或多行
FDS火灾模拟技术系统使用培训ppt课件
模拟结果不准确
检查输入参数是否正确，调整模型设置或重新进行模拟。
运行速度慢
优化计算机性能，关闭不必要的程序，或升级计算机硬件配置。
软件升级指南
了解新版本特性
在升级前，仔细阅读新 版本发布说明，了解新
功能和改进。
备份现有数据
在升级前，务必备份所 有重要数据，以防升级
过程中数据丢失。
执行升级操作
按照升级指南中的步骤 ，逐步完成软件的升级
FDS火灾模拟技术系统使用培 训ppt课件
汇报人：
2023-12-24
• FDS火灾模拟技术系统概述 • FDS火灾模拟技术系统安装与配置 • FDS火灾模拟技术系统基本操作
• FDS火灾模拟技术系统高级功能应用 • FDS火灾模拟技术系统数据管理与分
析 • FDS火灾模拟技术系统维护与升级
01
多物理场耦合
高性能计算
FDS火灾模拟技术系统具备高性能计 算能力，能够处理大规模火灾模拟数 据，提供快速、准确的模拟结果。
系统支持多物理场耦合模拟，包括温 度场、流场、浓度场等，能够全面反 映火灾发展过程及其对环境的影响。
高级功能操作演示
网格划分操作
演示如何在FDS系统中进行网格划分，包括定义网格大小、形状 、边界条件等，以确保模拟结果的准确性。
后处理模块：负责对模拟结果进行分析和处理，提供数 据可视化、统计分析等功能。
组成
求解器模块：负责执行模拟计算，求解火灾场景中的热 传递、烟气运动等方程。
工具库：提供了一系列实用的工具，如网格划分工具、 燃烧反应数据库等，方便用户进行模拟分析和数据处理 。
02
FDS火灾模拟技术系统安装与配 置
安装环境要求
参数设置与调整
检查输入参数是否正确，调整模型设置或重新进行模拟。
运行速度慢
优化计算机性能，关闭不必要的程序，或升级计算机硬件配置。
软件升级指南
了解新版本特性
在升级前，仔细阅读新 版本发布说明，了解新
功能和改进。
备份现有数据
在升级前，务必备份所 有重要数据，以防升级
过程中数据丢失。
执行升级操作
按照升级指南中的步骤 ，逐步完成软件的升级
FDS火灾模拟技术系统使用培 训ppt课件
汇报人：
2023-12-24
• FDS火灾模拟技术系统概述 • FDS火灾模拟技术系统安装与配置 • FDS火灾模拟技术系统基本操作
• FDS火灾模拟技术系统高级功能应用 • FDS火灾模拟技术系统数据管理与分
析 • FDS火灾模拟技术系统维护与升级
01
多物理场耦合
高性能计算
FDS火灾模拟技术系统具备高性能计 算能力，能够处理大规模火灾模拟数 据，提供快速、准确的模拟结果。
系统支持多物理场耦合模拟，包括温 度场、流场、浓度场等，能够全面反 映火灾发展过程及其对环境的影响。
高级功能操作演示
网格划分操作
演示如何在FDS系统中进行网格划分，包括定义网格大小、形状 、边界条件等，以确保模拟结果的准确性。
后处理模块：负责对模拟结果进行分析和处理，提供数 据可视化、统计分析等功能。
组成
求解器模块：负责执行模拟计算，求解火灾场景中的热 传递、烟气运动等方程。
工具库：提供了一系列实用的工具，如网格划分工具、 燃烧反应数据库等，方便用户进行模拟分析和数据处理 。
02
FDS火灾模拟技术系统安装与配 置
安装环境要求
参数设置与调整
火灾模拟课件
PPT学习交流
19
3、TIME命令 （1）T_END参数设置模拟持续时间，单位为s，默认值1s。
（2）若&TIME T_END=0/，FDS只执行场景的初始化工作，生成模型文件 供Smokeview显示，不进行模拟计算。
4、MESH命令：设置计算区域 计算区域（doman）由矩形区域（mesh）构成，矩形区域剖分为多个矩形单元 （cell）。
&MESH IJK=40,30,30, XB=0,4,0,3,0,3/
注：y轴和z轴网格的数值应为2l3m5n，具体如下：
2 3 4 5 6 8 9 10 12 15 16 18 20 24 25 27 30 32 36 40 45 48 50 54 2160 64 72 75 80 81 90 96 100 108 120 125 22128 135 144 150 160 162 180 192 200 216 225 240 243 250 256 270 288 300 320 324 360 375 384 400 405 432 450 480 486 500 512 540 576 600 625 640 648 675 720 729 750 768 800 810 864 900 960 972 1000 1024
&VENT MB=XMIN, SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB=XMAX,SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB=YMIN, SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB=YMAX,SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB=ZMAX,SURF_ID='OPEN'/
FDS全面课件
错误陈述
FDS计算可能会在用户预定地时限内结束，以下是常见错 误陈述和诊断清单： 输入文件错误： 最常见的错误是输入误差，这些错误会导致程序即时中止 并出现陈述如‚ERROR: Problem with the HEAD line.” 对 于此类错误，检查错误陈述指明的输入文件中对应的行。 确定参数名正确拼写；确定在记录句末有一斜线‚/”；确 定每个参数键入正确的信息；确定未使用非 ASCII 语言字 符 ；确定省略号用于指定字符串；确定 在Unix/Linux 创 建的文本文件不用于DOS环境，确定所有列出的参数都被 使用――新版的FDS经常放弃或改变参数以强制用户对旧 的输入文件检查。
边界条件
第二部分：FDS软件的使用
一. FDS的运行
FDS 的运行需要用描述给定火灾场景的所有参数创建一 个文本文件作为 ‚输入‛文件。后面的例子中数据文件 为roomfire4.data, 其中‚roomfire4”代表可以确定模拟的 任意特征，与计算相关的所有结果输出文件名都具备这 一共有前缀。 除了输入文件以外，还有一些包含模拟输入参数的外部 文件。因为其包含描述一般材料和燃料的参数，每一个 这样的文件被认为使‚数据库‛文件。通常数据库文件 保存在一个独立的地址目录中。包含具体喷头信息的文 件也随数据库文件一起保存，数据库和喷头文件可以进 行修改或移动。
启动FDS计算
Windows操作系统下: 进入dos运行界面, 改变当前目录到FDS安装目录下, 然后 键入以下内容运行 fds4 < job name .data job name为用户任意指定的算例名称，在输入文件中 ‚job name ”字符串通常被指定为CHID。建议输入文件 的命名和CHID相同，以便在一次运算中的相关文件名一 致。 FDS 读取输入文件作为标准输入 (用符号‚<” 指明)，并 在屏幕上写出鉴别后的输出结果和计算进程。诊断信息 自动写入一个CHID. out 文件，屏幕输出信息将被写至这 个文件。可以通过文本文档来查看CHID. out 文件。
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建筑火灾安全工程导论
建筑火灾动力学的场模拟 Fire Dynamics Simulator (FDS)
胡隆华 祝实 2011年3月25日
火灾的模拟工具
• 随机性模型
o 把火灾的发展看成一系列连续的事件或状态 o 用数学方法表示由一个事件转变到另一个事件，如
• 由着火到稳定燃烧 • 火灾的非连续蔓延
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
ALOFT-FT CFX-4
NIST(U.S.) AEA Techology
室外火灾烟气羽流 通用计算流体力学软件
FDS
NIST(U.S.)
三维大涡模拟，适用于多种 条件下的多室火灾模拟计算
场模型 JASMINE PHOENICS STAR*CD
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 时间控制TIME
o T_END参数设置模拟持续时间，单位为s，默认 值1s
o 若&TIME T_END=0/，FDS只执行场景的初始化工作， 生成模型文件供Smokeview显示，不进行模拟计算
&TIME TWFIN=360. /
Fire Dynamics Simulator (FDS)
o 基本方程也是守恒方程 o 需要建立火灾各分过程的理论模型 o 浮力影响的湍流模型
• 湍流燃烧模型 • 辐射换热模型
o 炭黑（soot）生成模型 o 计算量大，对边界条件要求比较严格
火灾的模拟工具
• 网络模拟
o 整个建筑物作为一个系统，每个房间作为一个计算体 o 可考虑多个房间的情况，计算结果较粗糙
• 墙壁对流热损模型
o DNS
o LES
自然对流
强迫对流
Fire Dynamics Simulator (FDS)
前处理 任务文件
模拟计算 结果文件
后处理
Notepad/UltraEdit Pyrosim/FireSim
FDS
Smokeview fds2ascii
Fire Dynamics Simulator (FDS)
o 区域模型、场模型、场区网模型、专用模型
• 区域模型
o 半物理模型 o 基本思想：
根据火灾发生后室内的气体分层现象将空间分成几个 区域，假定在每个区域内状态参数均匀分布，根据质 量、动量、能量、组份守恒方程，求解各区域状态参 数的变化 o 最常用的是双区模型：烟气区和空气区 o 研究对象主要是热烟气层的高度、温度、浓度等状态 参数随时间的变化情况
• 输入文件编制
o 纯文本文件，扩展名任意，推荐job_name.fds o 场景文件由描述场景的一系列命令组成，命令由
一个或多个参数组成，不区分大小写 o 每个命令由符号“&”开头，由符号“/”结尾，符
号外边为注释。每个命令可占一行或多行
o 参数按照Fortran语法，可为整数、浮点数、字符串和 逻辑值（.TRUE.和.FALSE.）
无火源情况下，烟气控制评 估的稳态网络流模型（ network flow）
计算暴露在单室火灾下窗户 玻璃的破碎
计算热探头和水喷淋的启动 时间，t2增长火
计算热探头和水喷淋的启动 时间，用户自定义火源类型
计算水喷淋和与卷帘联动的 通风口的启动时间
大空间烟气控制程序
大空间烟气控制程序
火灾防治工程工具
计算流体动力学（CFD）模拟
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 燃烧模型
o 有限化学反应速率模型(DNS)
• 研究火灾过程中污染物和有毒、有害组分的产生状况，则需要 引入包含相应物质产生机理和产生速率的有限化学反应模型。
C H CxHy x y O2O2 CO2CO2 H2O H2O
建筑与火灾研究室
• 火灾动力学模拟软件
o 包括DNS和LES两种湍流处理方法
• DS历史：
o 2000，第一版 o 2001，第二版 o 2002，第三版 o 2004，第四版 o 2007，第五版
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• FDS 的官方网站 /fds/index.html
o 命令各参数及参数值间可用空格或逗号隔开 o 由命令HEAD开头，命令TAIL结束。文件中的其他命令
一般无先后次序之分
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 文件头HEAD
o CHID参数：指定任务名，输出文件的名字
o TITLE参数：用于描述场景，60字符以内
&HEAD CHID='roomfire', TITLE=‘ Room Fire Test' /
Fire Dynamics Simulator (FDS)
FDS开发的目的是解决消防工程的火灾问题， 同时它也是研究火灾动力学和燃烧的基本工具。
• FDS能模拟下列现象：
o 火灾生成热量和燃烧产物的低速输运过程 o 气体和固体表面的辐射及对流换热 o 固体燃料的热解 o 火灾蔓延和火焰传播 o 喷淋、感热探测器和感烟探测器的启动 o 喷淋系统的喷洒运动及水对火的抑制
Fire Research Station(U.K.)(英国火 灾研究站)
烟气运动的分析软件
CHAM.Ltd. （U.K.）
三维、动态的通用计算流体 力学软件
Computationnal Dynamics（U.K.）动 通用流体力学计算软件 力推算（英国）
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
d[Cx H dt
y
]
B[Cx H
y
]a [O2
]b
eE / RT
B: 反应活化能的指前因子 E: 反应活化能 a、b: 表示可燃物与氧气的反应级数
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 辐射模型
吸收系数 散射系数
Fire Dynamics Simulator (FDS)
t
(h)
hu
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hl DlYl L
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 湍流处理方法：
• LES: Smagorinsky亚网格湍流模型（default）
ijk ijk (CS )2 S
Fire Dynamics Simulator (FDS)
动力学模型（控制方程）
o 连续方程
＋ u＝0
t
o 动量方程
(u (u )u) p g f
t
o 组分方程
t
(Yl
)
Ylu
DlYl
m l
o 能量方程
Fire Dynamics Simulator (FDS)
FDS假设：
o 低速流动：小于0.3马赫 o 矩形网格 o 指定热释放速率：此时计算精度80%~90% o 燃烧模型：混合分数模型，适合于燃料控制型
火灾， 通风控制型火灾计算精度不高 o 辐射模型：有限容积法求解辐射方程RTE，远
距离辐射计算精度较差
火灾的模拟工具
• 双区模型
o 冷热层之间的质量、能量交换仅通过羽流进行 o 交界面上忽略扩散和掺混 o 主要研究烟气层的变化，以烟气层为研究对象
室内火灾双区模型示意图
Mp Ma
火灾的模拟工具
• 场模拟
o 利用偏微分方程求解状态参数的空间分布和随时间的 变化
o 对空间的划分比较细致，可以得到较详细的参数分布 和发展变化情况
• 场-区-(网)模型
o 三种模型结合起来实用 o 起火区域或强通风区域用场模拟，较近区域用区域模
拟，较远区域用网络模拟
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
模型类别
模型名称 ASET ASET-B FIRST
开发机构 NIST(U.S.) NIST(U.S.) NIST(U.S.)
o 在分析有关的试验数据和火灾事故数据的基础上，建 立概率与时间的函数关系
• 确定性模型
o 以物理和化学定律为基础
• 传热、传质：热解、着火、流体力学
o 用相互关联的数学公式来表示建筑物的火灾发展过程
火灾的模拟工具
• 随机性模型举例：
o 非连续物体间火蔓延的Markov模型
λ11 λ12 . . λ1m
x y z
1.2 • 变时间步长
0.07
1.1
0.06
1.0
0.05
0.9
0.04
0.8 0.03
0.7
0.02 0.6
0.5
0.01
0.4 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Iteration number
0.00 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
S 2(u )2 2(v )2 2(w)2 (u v )2 (u w)2 (v w)2 2 ( u)2
x
y
z x y z x z y 3
kijk
c p ijk
Pr
(D)ijk
ijk
Sc
• DNS
Fire Dynamics Simulator (FDS)
Iteration number
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 燃烧模型
o 单一燃料混合分数燃烧模型
Fire Dynamics Simulator (FDS)
建筑火灾动力学的场模拟 Fire Dynamics Simulator (FDS)
胡隆华 祝实 2011年3月25日
火灾的模拟工具
• 随机性模型
o 把火灾的发展看成一系列连续的事件或状态 o 用数学方法表示由一个事件转变到另一个事件，如
• 由着火到稳定燃烧 • 火灾的非连续蔓延
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
ALOFT-FT CFX-4
NIST(U.S.) AEA Techology
室外火灾烟气羽流 通用计算流体力学软件
FDS
NIST(U.S.)
三维大涡模拟，适用于多种 条件下的多室火灾模拟计算
场模型 JASMINE PHOENICS STAR*CD
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 时间控制TIME
o T_END参数设置模拟持续时间，单位为s，默认 值1s
o 若&TIME T_END=0/，FDS只执行场景的初始化工作， 生成模型文件供Smokeview显示，不进行模拟计算
&TIME TWFIN=360. /
Fire Dynamics Simulator (FDS)
o 基本方程也是守恒方程 o 需要建立火灾各分过程的理论模型 o 浮力影响的湍流模型
• 湍流燃烧模型 • 辐射换热模型
o 炭黑（soot）生成模型 o 计算量大，对边界条件要求比较严格
火灾的模拟工具
• 网络模拟
o 整个建筑物作为一个系统，每个房间作为一个计算体 o 可考虑多个房间的情况，计算结果较粗糙
• 墙壁对流热损模型
o DNS
o LES
自然对流
强迫对流
Fire Dynamics Simulator (FDS)
前处理 任务文件
模拟计算 结果文件
后处理
Notepad/UltraEdit Pyrosim/FireSim
FDS
Smokeview fds2ascii
Fire Dynamics Simulator (FDS)
o 区域模型、场模型、场区网模型、专用模型
• 区域模型
o 半物理模型 o 基本思想：
根据火灾发生后室内的气体分层现象将空间分成几个 区域，假定在每个区域内状态参数均匀分布，根据质 量、动量、能量、组份守恒方程，求解各区域状态参 数的变化 o 最常用的是双区模型：烟气区和空气区 o 研究对象主要是热烟气层的高度、温度、浓度等状态 参数随时间的变化情况
• 输入文件编制
o 纯文本文件，扩展名任意，推荐job_name.fds o 场景文件由描述场景的一系列命令组成，命令由
一个或多个参数组成，不区分大小写 o 每个命令由符号“&”开头，由符号“/”结尾，符
号外边为注释。每个命令可占一行或多行
o 参数按照Fortran语法，可为整数、浮点数、字符串和 逻辑值（.TRUE.和.FALSE.）
无火源情况下，烟气控制评 估的稳态网络流模型（ network flow）
计算暴露在单室火灾下窗户 玻璃的破碎
计算热探头和水喷淋的启动 时间，t2增长火
计算热探头和水喷淋的启动 时间，用户自定义火源类型
计算水喷淋和与卷帘联动的 通风口的启动时间
大空间烟气控制程序
大空间烟气控制程序
火灾防治工程工具
计算流体动力学（CFD）模拟
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 燃烧模型
o 有限化学反应速率模型(DNS)
• 研究火灾过程中污染物和有毒、有害组分的产生状况，则需要 引入包含相应物质产生机理和产生速率的有限化学反应模型。
C H CxHy x y O2O2 CO2CO2 H2O H2O
建筑与火灾研究室
• 火灾动力学模拟软件
o 包括DNS和LES两种湍流处理方法
• DS历史：
o 2000，第一版 o 2001，第二版 o 2002，第三版 o 2004，第四版 o 2007，第五版
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• FDS 的官方网站 /fds/index.html
o 命令各参数及参数值间可用空格或逗号隔开 o 由命令HEAD开头，命令TAIL结束。文件中的其他命令
一般无先后次序之分
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 文件头HEAD
o CHID参数：指定任务名，输出文件的名字
o TITLE参数：用于描述场景，60字符以内
&HEAD CHID='roomfire', TITLE=‘ Room Fire Test' /
Fire Dynamics Simulator (FDS)
FDS开发的目的是解决消防工程的火灾问题， 同时它也是研究火灾动力学和燃烧的基本工具。
• FDS能模拟下列现象：
o 火灾生成热量和燃烧产物的低速输运过程 o 气体和固体表面的辐射及对流换热 o 固体燃料的热解 o 火灾蔓延和火焰传播 o 喷淋、感热探测器和感烟探测器的启动 o 喷淋系统的喷洒运动及水对火的抑制
Fire Research Station(U.K.)(英国火 灾研究站)
烟气运动的分析软件
CHAM.Ltd. （U.K.）
三维、动态的通用计算流体 力学软件
Computationnal Dynamics（U.K.）动 通用流体力学计算软件 力推算（英国）
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
d[Cx H dt
y
]
B[Cx H
y
]a [O2
]b
eE / RT
B: 反应活化能的指前因子 E: 反应活化能 a、b: 表示可燃物与氧气的反应级数
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 辐射模型
吸收系数 散射系数
Fire Dynamics Simulator (FDS)
t
(h)
hu
Dp Dt
qr
kT
hl DlYl L
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 湍流处理方法：
• LES: Smagorinsky亚网格湍流模型（default）
ijk ijk (CS )2 S
Fire Dynamics Simulator (FDS)
动力学模型（控制方程）
o 连续方程
＋ u＝0
t
o 动量方程
(u (u )u) p g f
t
o 组分方程
t
(Yl
)
Ylu
DlYl
m l
o 能量方程
Fire Dynamics Simulator (FDS)
FDS假设：
o 低速流动：小于0.3马赫 o 矩形网格 o 指定热释放速率：此时计算精度80%~90% o 燃烧模型：混合分数模型，适合于燃料控制型
火灾， 通风控制型火灾计算精度不高 o 辐射模型：有限容积法求解辐射方程RTE，远
距离辐射计算精度较差
火灾的模拟工具
• 双区模型
o 冷热层之间的质量、能量交换仅通过羽流进行 o 交界面上忽略扩散和掺混 o 主要研究烟气层的变化，以烟气层为研究对象
室内火灾双区模型示意图
Mp Ma
火灾的模拟工具
• 场模拟
o 利用偏微分方程求解状态参数的空间分布和随时间的 变化
o 对空间的划分比较细致，可以得到较详细的参数分布 和发展变化情况
• 场-区-(网)模型
o 三种模型结合起来实用 o 起火区域或强通风区域用场模拟，较近区域用区域模
拟，较远区域用网络模拟
火灾的模拟工具
• 确定性模型：
o 区域模型、场模型、专用模型
模型类别
模型名称 ASET ASET-B FIRST
开发机构 NIST(U.S.) NIST(U.S.) NIST(U.S.)
o 在分析有关的试验数据和火灾事故数据的基础上，建 立概率与时间的函数关系
• 确定性模型
o 以物理和化学定律为基础
• 传热、传质：热解、着火、流体力学
o 用相互关联的数学公式来表示建筑物的火灾发展过程
火灾的模拟工具
• 随机性模型举例：
o 非连续物体间火蔓延的Markov模型
λ11 λ12 . . λ1m
x y z
1.2 • 变时间步长
0.07
1.1
0.06
1.0
0.05
0.9
0.04
0.8 0.03
0.7
0.02 0.6
0.5
0.01
0.4 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Iteration number
0.00 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
S 2(u )2 2(v )2 2(w)2 (u v )2 (u w)2 (v w)2 2 ( u)2
x
y
z x y z x z y 3
kijk
c p ijk
Pr
(D)ijk
ijk
Sc
• DNS
Fire Dynamics Simulator (FDS)
Iteration number
Fire Dynamics Simulator (FDS)
• 燃烧模型
o 单一燃料混合分数燃烧模型
Fire Dynamics Simulator (FDS)