基于FDS的室内火灾模拟研究

基于FDS的室内火灾模拟研究

目录

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目录 (1)

1.引言 (2)

2、FDS软件概述 (2)

2.1 FDS软件介绍及发展 (3)

2.2 Pyrosim相关简介 (4)

2.3FDS特点 (4)

2.4 FDS软件操作 (5)

2.4.1 文件设置 (5)

2.4.2 操作步骤 (6)

3 室内火灾研究发展状况 (7)

3.1 国外火灾模拟研究发展状况 (7)

3.2 国内火灾模拟研究发展状况 (8)

4 FDS软件建立模型 (9)

4.1模型的建立 (9)

4.2点火器和地板 (9)

4.3热电偶的布置 (10)

5模拟结果 (10)

5.1热电偶 (11)

5.2热释热率 (13)

5.3结论 (13)

6.结束语 (14)

7 参考文献 (14)

摘要：室内装饰材料在建筑物中得到越来越广泛的运用，大多数室内装饰材料都是可燃甚至易燃材料，从而使其成为潜在火源并增加了建筑物的火灾荷载。基于大涡模拟理论的FDS模型模拟了室内火灾中的温度和热释放率，结果证明运用FDS软件模拟室内火灾是可行的。

关键词：室内火灾FDS 火灾模拟

1.引言

室内火灾是指烧损室内可燃物的现象。室内火灾如果得不到好的控制就有可能发展到某些防火分区或整个建筑火灾，随着人们生活水平的提高，各式各样的室内装饰材料如雨后春笋般出现。建筑装饰材料因其美观的效果在建筑物中得到了越来越广泛的应用。通过分析火灾过程中的重要参数，如热释放速率和室内温度，证明了用FDS对室内建筑装修材料的火灾特性的研究是很可靠的[1]。

2、FDS软件概述

近年来，受益于计算机技术的飞速发展，火灾数值模拟技术也在其原有的基础上得到了进一步提升。火灾本身是一个非常复杂的过程，根据所模拟的现象、研究层次和研究方法的区别，当前应用于火灾研究方面的数值模型主要有专家系统(Expert System)、区域模型(Zone Model)、场模型(Field Model)、网络模型(Network Model)和混合模型(Hybrid Model)L29[2]。数值模型的特点如下：

1、专家系统是一种经验模拟，常用的有美国标准与技术研究院(NlST)开发的FPETOOL模型和丹麦火灾研究所编制的ARGOS模型；

2、区域模型是一种半物理模型，相当近似和粗糙，CFAST、ASET、BR12、CCFM一VENTS、CFIRE一X和中国科学技术大学研发的FAC3等是区域模型中的佼佼者；

3、网络模型主要适用于受限空间，它只适合于将远离火场的区域作为对象，如日本的BR工、加拿大的FIRECAM、英国的BRE、美国的NlST、荷兰的TNO 等是比较典型的代表[3]；

4、场模拟可得到较详细的物理量时空分布，能精细体现火灾现象，通用的

商业软件以PHOENICS、FLUENT、CFX、STAR~CD等为代表，它的专用软件针对性强，如瑞典Lund大学的SOFIE、美国NlST研发的FDS和英国的JASM 顶E等。

上述诸多数值模型的典型研发软件在火灾建模及消防安全评估方面均有相当大的实用价值，成为研究火灾及消防安全必不可少的工具软件。场模拟在上述多种数值模型中以其特有的优势（可以得到比较详细的物理量时空分布，可精细地体现火灾现象）得到了人们的推崇，特别是近年来高速、大容量计算机的迅猛发展，更多的研究者选择场模拟模型，使其得到了越来越广泛的应用[4]。

2.1 FDS软件介绍及发展

FDS （Fire Dynamics Simulator）是一种以火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件，由美国国家标准技术研究所（NIST）开发。在前述诸多软件中具有观察界面友好、可视性强、针对性强等优点，并且可以得到物理量比较详细的时间分布及空间分布，能精细模拟火灾现象，同时对计算机的计算能力和运算时间均可根据所研究对象的实际需求调节，随着高速、大容量计算机的发展，FDS也得到了更广泛的应用，常用该软件对火灾进行研究，模拟再现火灾过程[5]。

FDS重要作用为：FDS以火灾中流体运动为主要模拟对象，重点计算火灾中烟气开放和热传递过程。FDS旨在解决消防工程中的实际问题，也可为火灾科学的理论研究作指导[6]。进行FDS模拟是为了得到一系列有关烟雾、温度、毒气等相关参数，再对实际工程进行设计，以保证一旦火灾发生，其烟雾保持在一定的高度之上，毒气的浓度在一定的范围内，从而不会威胁到疏散人员的安全。

FDS火灾动力学模拟模型是针对火灾引起气流等流动进行研究的流体动力学计算模型，其版本1在2000年2月公开发布，版本2于2001年12月公开发布，目前，版本5已经推出[7]。

FDS火灾模拟软件包含FDS和Smoke View两部分[8]：

1、FDS是软件的主体部分，主要用于完成模拟场景的构建和计算。FDS 可以模拟：

火灾驱动的传热；

温度分布、毒气浓度、烟气流动；

热辐射和对流；

喷淋、探测装置的火灾响应。

2、Smoke View是一个可视化程序，是FDS计算结果显示程序，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现[9]。

2.2 Pyrosim相关简介

Pyrosim是美国国家标准技术研究所在FDS基础上发展而来的，是FDS进行前处理和后处理的图形用户界面，可以进行三维图形化前处理，编辑效果可视。PyroSim可视化的建模界面融合了FDS语言中的所有功能，用户从网格划分开始到输出设置都可以通过弹出窗口进行设置，随时可以修改建模中发现的问题，从而提高了建模的速度。与FDS命令相比，Pyrosim构建场景更直观简便，模块的辅助创建可直接调用FDS计算核心，实现Smoke view并输出数据[10]。

Pyrosim软件是美国RJA公司开发的FDS建模工具，建筑工程师和消防工程师对它广泛使用，用来建模；PyroSim被用来建立消防模拟，并对火灾中烟气的运动、温度、和毒气浓度进行准确预测分析，该软件可以建立模型，导入FDS软件。PyroSim不仅能够比较方便的进行建模计算，可以快捷的进行模型预览，还可以自动编写FDS输入文件。

2.3FDS特点

FDS火灾动力学模拟模型发展到目前为止，约有一半将烟气控制系统的设计、喷淋喷头和探测器的启动作为对象进行研究，余者主要针对住宅和工厂等建筑的火灾消防进行研究。FDS在其十年有余的发展过程中，致力于解决防火工程中面临的各种实际问题，同时也为火灾模拟研究提供了一个有效的工具。FDS的主要功能特点如下[11]：

1、FDS采用那维尔一斯托克斯方程（粘性流体方程）来对于低速、热驱动流进行定量计算，主要侧重于火灾产生的高温烟流的发生发展过程及其引起的热传输规律。