FDS模拟火灾的实验研究

1600
1800
2000
2200
HRR / Kw
2400
2600
2800
图 3.1 改变可燃物数量对烟气层高度的影响 图 3.1 中各点给出了可燃物的热释放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw 的三种情况下模拟火灾的烟气扩散达到相对稳定状态 以后（25～50 s）的平均烟气层高度值，分析得出： （1）烟气层的高度随着可燃物热释放速率的升高即可燃物数量 的增加而降低； （2）可燃物的数量越多越不利于建筑物排烟。
图 3.5 改变可燃物数量对能见距离的影响 图 3.5 中各点给出了可燃物的热释放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw 三种情况下烟气扩散达到稳定状态以后（25～50 s） 的平均能见距离（h=2.1 m 处），分析得出： （1）能见距离随着可燃物热释放速率的增大即可燃物数量的减 少而增大； （2）可燃物数量越少越有利于火场中人员逃生。
（2.1）
式中：D*是火灾直径，m； Q 是热释放速率，Kw；ρ∞是空气
密度，Kg/m3；Cp 是空气的比热，J/（Kg·℃）；T∞是空气的温度，
℃；g 为重力加速度，m/s2。
在本文中，热释放速率共有三种情况即 1656 Kw、2208 Kw 和
2760 Kw.因此由式（2.1），分别计算三种情况的火灾直径如下：
的烟气
图 3.2 改变开口面积对烟气层的影响
2、 改变可燃物数量对温度的影响
图 3.3 改变可燃物数量对温度的影响 图 3.3 中各点给出了可燃物的热释放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw 三种情况下模拟火灾的上、下层温度（h1=3.5 m 和 h2=2.0 m 处）达到稳定状态以后（25～50 s）的平均温度值，分析得 出： （1）上、下层温度随着可燃物热释放速率的升高即可燃物数量 的增加而升高； （2）上、下层的温差随着可燃物热释放速率的升高而降低。 如图 3.4（a）和（b）直观的给出了模拟火灾的温度变化达到相 对稳定以后（选取 35 s 时）热燃烧速率分别为 HRR1=1656 Kw； HRR3=2760 Kw 的情况下的 h=2.0 m 处的温度状态：
4.5在个别高大建筑物或建筑稠密地区，GPS出现盲区，初始化 时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用RTK增补图根导线点， 配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，也可以大 大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。
参考文献
[1] 孔祥元，梅是义；控制测量学（上,下）；武汉测绘科技大学 出版社；1996 年。
由此确定网格尺寸为△x=△y=△z=0.1D*=0.1 m；
三、模拟结果分析
表 2.1 中具体给出了方案的设置参数，即设置床为火源，可燃物 为木材，窗户的开口面积为 3.00 m2，可燃物的热释放速率分别为以 下三种情况：
HRR1=1656 Kw；HRR2=2208 Kw；HRR3=2760 Kw。
1、改变可燃物数量对烟气层高度的影响
图 2.1 模拟火灾基本模型
如图 2.1 所示模拟火灾的基本模型，建立两间尺寸均为 4.0 m×
4.0 m×4.0 m 房间，本文以房间 1 作为分析对象，设置床为火源且热
释放速率稳定。
在本文中，由于主要分析可燃物数量等因素对临界危险指标的影
响情况，因此，如表 2.1 中给出了三种火灾模拟方案进行火灾模拟。
4、结论
4.1 RTK 技术操作简便，灵活方便，工作状态稳定。能快速、准 确地测定图根点、碎部点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级经 检核的三维坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。
4.2 基准站的选择对于 RTK 测量非常重要，它将直接影响到流 动站的施测精度和测量速度，应注意二者之间的“通视”。
二、利用 FDS 模拟火灾
1、FDS 火灾模型简介 FDS 火灾模型包括两大部分。第一部分简称 FDS4，是求解微分 方程的主程序，需要用户创建文本来描述火灾场景；第二部分称 SMOKEVIEW，可以直观的查看计算结果。FDS 的输入文件分成三 部分：第一部分为几何参数和网格的设置；第二部分为有关燃烧过程 的设置，如燃烧时间、火源功率、通风口的设置等；第三部分为输出 数据的设置，如某点或某个面上的温度、密度、混合组分在火灾过程 中随时间的变化情况等。 2、FDS 模拟火灾 （1）参数设定 为了准确地求解火灾的相关问题，设置基本参数如下： ①设置烟的减光系数与能见距离之积 C=1（系统默认值为 3）。 对于发光物质来说 C=8，对于反光物质来说 C=3，但在性能化评估 中为保守起见通常取 C=1，因此，本文取 C=1。 ②室内温度为 20 ℃； （2）火灾模拟
四、结论
本文应用 FDS 建立了火灾模拟的基本模型，在分别可燃物数量 情况下，对烟气层高度、温度和能见距离等危险指标的影响情况进行 分析，得出以下结论：
（1）烟气层的高度随着可燃物数量的减少的降低而升高； （2）温度随着可燃物数量的减少而降低； （3）能见距离随着可燃物数量的减少而增大。 参考文献 [1] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京:中国人事出版社, 2004. [2] 张吉光, 史自强, 崔红杜. 高层建筑和地下建筑通风与防排 烟[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2005. [3] 李引擎. 建筑防火性能化设计[M]. 北京:化学工业出版社, 2005.5. [4] 公安部政治部编. 建筑防火设计原理[M]. 北京:中国人民公 安大学出版社, 1997. [5] fds_users_guide_4.
科学技术
FDS 模拟火灾的实验研究
于慧鸣 鞍 山 市 消 防 支 队 辽 宁 鞍 山 114000
【摘 要】本文使用 FDS 火灾模型模拟火灾，分析建筑内发生火灾时，可燃物的数量对于烟气层高度、温度和能见距离的影响情况，得出危险指标与各影响 因素之间的关系。
【关键词】烟气层高度 能见距离 FDS 火灾模型
[2] 《城市测量规范》；CJJ 8-99；建设部颁布；1999 年。 [3] GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000 地形图航测摄影测量外业规 范[S]。 [4] 徐绍铨，张华海，杨志强； GPS 测量原理及应用；武汉测 绘科技大学出版社；1997 年。 [5]武汉测绘科技大学测量平差教研室编著；测量平差基础；测 绘出版社；1996 年。
76
2010．7
2
⎛ 1656
D* 1
=
⎜⎝
1.29×1.4×293×9Fra bibliotek8⎞ ⎟⎠
5
=
0.99m
2
⎛ 2208
D* 2
=
⎜⎝
1.29×1.4×293×
9.8
⎞5 ⎟⎠
= 1.12m
2
⎛ 2760
D* 3
=
⎜⎝
1.29×1.4×293×
⎞5 9.8 ⎟⎠
= 1.2m
由于火灾直径均在 1.0 m 左右，因此，统一火灾直径取 D*=1.0 m,
一、绪论
由于当烟气层高于人眼特征高度（人眼的特征高度通常为 1.3～ 1.8 m，我们取 1.5 m），烟气层温度达到 180 ℃时，则其产生的热辐 射就会对人体造成不可恢复的烧伤；当烟气层高度低于人眼特征高 度，烟气层温度达到 115 ℃时，就会对人体构成危险。本文使用 FDS 火灾模型模拟火灾，分析建筑内发生火灾时，可燃物的种类和数量等 因素对于烟气层高度、温度和能见距离的影响，得出危险指标与各影 响因素之间的关系。
（a） 35 s 时 HRR1 的温度情况 （b） 35 s 时 HRR3 的温度情况 图 3.4 改变开口面积对温度的影响
（上接第77页） 也可以在作业中采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立图
根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据 采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用 支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差，提高了全 站仪碎部点采点的点位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了 地形测量的工作效率。在地形图、地籍图等的测量应用中，均取得了 很好的效果。
时间，本文火灾模拟时间取 t=50s。 （3）网格尺寸的确定 对于划分网格比较粗略的模型，则计算结果不精确；若网格过密，
则 FDS 运行时间过长，因此为使计算结果精确同时又节省运算时间， 本文通过确定火灾直径 D*来确定计算网格单元的尺寸
2
⎛ Q D* = ⎜⎜⎝ ρ ∞c pT ∞
⎞5 g ⎟⎟⎠
如图 3.2（a）和（b）直观的给出了模拟火灾的烟气扩散达到 相对稳定以后（选取 35 s 时）热燃烧速率分别为 HRR1=1656 Kw； HRR3=2760 Kw 的情况下的烟气层状态：
2010．7
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科学技术
3、改变可燃物数量对能见距离的影响
（a） 35 s 时 HRR1 的烟气
（b） 35 s 时面积 HRR3
行 FDS 进行运算。由于运行 FDS 耗费计算机资源较大，在模拟火灾
发生 30s 左右，所有危险指标均已达到稳定状态，因此，为节省运算
layer height / m
1.8 4 1.8 2 1.8 0 1.7 8 1.7 6 1.7 4 1.7 2 1.7 0 1.6 8 1.6 6 1.6 4 1.6 2
表 2.1 摸拟火灾方案
方案
热释放速率/Kw
窗口面积/m2
可燃物
方案 1
1656
3.00
木材
方案 2
2208
3.00
木材
方案 3
2760
3.00
木材
说明：方案 1.1～1.3 为改变可燃物数量；方案 2.1～2.3 为改变可
燃物种类。
表 2.1 所列方案中，选取可燃物的单位面积的热释放速率为 300