FDS火灾数值模拟

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基于FDS的高校寝室火灾数值模拟

作者：李苑 刘江虹 谢启苗 来源：《科学与财富》2016年第24期

摘要：近年来，高校人群密度日渐升高，而寝室作为学生学习、生活的主要场所之一，其安全问题就显得尤为重要。本文运用FDS软件，对上海海事大学学生寝室楼某层进行建模及火灾数值模拟分析，旨在对寝室火灾发展规律进行研究。通过对比两种工况下的火灾发展情况，发现机械通风系统可以在火灾初期明显减小火势，为被困人员赢得宝贵的逃生时间，并针对如何预防寝室火灾及火灾情况下的人员疏散提出了相关的对策建议。 关键词：寝室火灾；FDS：数值模拟；机械通风系统 1.引言

近年来，高校火灾事故屡见不鲜，对师生的生命财产构成严重威胁，而寝室火灾是造成人员伤亡和财产损失的主要原因之一。据统计，2005年以来，全国高校共发生火灾2000余起直接财产损失达5200余万元，给高校工作的正常运转和安稳和谐造成了极大障碍。学生宿舍空间有限，人员和物品相对集中，使得房间内可燃物多、火灾负荷大，而且一旦发生火灾，疏散难度较大。加之很多学生防火意识薄弱，使用高负荷违章电器

·50·

　　　　　　　工业安全与环保　　

　　IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection

　　　　　　　June2012

2012年第38卷第6期

基于FDS的车厢火灾烟气流动的数值模拟分析

葛江

(西南交通大学交通运输与物流学院　成都610031)

　　摘　要　使用FDS火灾模拟软件对列车车厢进行火灾模拟,得到车厢内温度与烟气浓度随时间变化的规律,计算出临界温度与临界可视距离出现的时间,发现在车厢火灾中,总是烟气浓度先达到临界点。车厢火灾的疏散防控措施中,控制烟气浓度应是重点工作。　　关键词　车厢　火灾　烟气流动

AnalysisonNumericalSimulationtoFireSmokeFlowinTrainCompartmentBasedonFDS

GEJiang

(SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversity　Chengdu610031)

Abstract　InthisarticleFDSfiresimulationsoftwareisappliedforfiresimulationoftrains,inside

火灾模拟软件FDS中的火源设定

摘要：FDS(Fire Dynanmics Simulator)是燃烧驱动流体流动的计算流体动力学模型(CFD)。该软件采用数值方法求解受火灾动力驱动的低马赫数流动的N-S方程，重点是计算火灾中的烟气和热传导过程。到目前为止，这个模型大约有一半的应用是进行烟雾处理系统的设计和喷头/探测器的激活研究。另外一半包含了住宅或工业火灾重建的研究。

而不管是研究火灾中的烟气流动、热传导过程、还是探测器的激活，都需要有一个合理设置的火源。只有火源设置的合理，才能真正模拟、重现火灾。若火源的设置出现问题，那么后续的模拟研究都不会准确。

关键字：FDS 火源

1 FDS中燃烧和热辐射模型的简介

FDS中容易混淆的地方是气相燃烧和固相分解之间的区别。气相燃烧是指燃料蒸气和氧气的反应；固相分解是指固体或液体表面燃料蒸气的产生。尽管FDS火灾模拟中存在多种类型的燃烧物，在模拟中只能有一个气态的燃料。实际上，只是指定了一个单气相反应，代替了所有潜在的燃料来源。

描述气相反应有两个途径。默认情况下，是利用混合分数模型来说明整个燃烧过程中的从起始表面产生燃料气体的演化。另一个是采用有限率方法，在这种情况下，燃烧过程中每个类别的气体都分别被

第29卷第2期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2010年4月 Vol.29 No.2 Journal of Liaoning Technical University（Natural Science） Apr . 2010

文章编号：1008-0562(2010)02-0177-05

地铁隧道火灾事故通风方式数值模拟

王洪德，林 琳，赵 轶

（大连交通大学 土木与安全工程学院，辽宁 大连 116028）

摘 要：为了有效解决地铁隧道火灾时期烟气流动及其毒性分布对人员疏散的影响问题，以天津地铁区间隧道为

研究对象，针对火灾列车停留在隧道中部的火灾工况，利用FLUENT软件，采用简化的PDF燃烧模型、浮力修正的k-ε 湍流模型和P-1辐射模型，对不同事故通风方式下隧道内烟气进行数值模拟，并根据烟气的“边界层吸附效应”原理，论证模拟效果。结果表明：不同通风方式对隧道烟气蔓延范围、温度及毒性分布的影响较大；10 MW火灾规模时，地铁隧道采用开放式推迟加压的通风方式能够在有效引导烟气流动的同时，为人员提供更充裕的疏散时间。该研究成果对地铁隧道火灾时期通风

数值模拟：让空气质量报告更精细

像天气预报一样，各种媒体每天都会向公众发布其所在城市的空气质量状况。不过，这种空气质量报告的内容一般都是整个城市或者某个城区的空气质量状况。那么，空气质量报告有没有可能更精细一些，甚至细到自己居住的小区的空气质量情况究竟怎样呢？

清华大学教授崔桂香和澳门大学教授王志石等人的研究工作为实现这样的愿望提供了一个可行途径。崔桂香等通过使用一种被称为大涡模拟的现代湍流数值方法，对居民区的空气质量进行研究，发现通过数值计算得到的风场、污染物浓度等数据与模型小区及居民生活小区的实测数据都较为符合。这项研究得到了国家自然科学基金的资助，相关成果发表在《中国科学G辑：物理学、天文学》2008年第六期上。 良好的空气质量是舒适人居环境的主要条件之一。随着城市化和人民生活水平的提高，城市居民区的空气质量问题愈来愈受到重视。但是传统的经验预测或工程估计方法，已经难以满足公众了解自己生活环境的迫切要求。

崔桂香认为，在计算机性能迅速改善的今天，用计算流体力学的新方法研究大气环境成为了经济有效的手段。

“不过，作为城市大气环境的子系统，城市居民小区的大气环境空间范围较小，属于微尺度气象问题，而居民小区大气环境处在大气

数值模拟：让空气质量报告更精细

像天气预报一样，各种媒体每天都会向公众发布其所在城市的空气质量状况。不过，这种空气质量报告的内容一般都是整个城市或者某个城区的空气质量状况。那么，空气质量报告有没有可能更精细一些，甚至细到自己居住的小区的空气质量情况究竟怎样呢？

清华大学教授崔桂香和澳门大学教授王志石等人的研究工作为实现这样的愿望提供了一个可行途径。崔桂香等通过使用一种被称为大涡模拟的现代湍流数值方法，对居民区的空气质量进行研究，发现通过数值计算得到的风场、污染物浓度等数据与模型小区及居民生活小区的实测数据都较为符合。这项研究得到了国家自然科学基金的资助，相关成果发表在《中国科学G辑：物理学、天文学》2008年第六期上。 良好的空气质量是舒适人居环境的主要条件之一。随着城市化和人民生活水平的提高，城市居民区的空气质量问题愈来愈受到重视。但是传统的经验预测或工程估计方法，已经难以满足公众了解自己生活环境的迫切要求。

崔桂香认为，在计算机性能迅速改善的今天，用计算流体力学的新方法研究大气环境成为了经济有效的手段。

“不过，作为城市大气环境的子系统，城市居民小区的大气环境空间范围较小，属于微尺度气象问题，而居民小区大气环境处在大气

1.池火灾伤害范围的模拟计算

由于轻油的沸点较高（80.1℃），常温常压下泄露造成火灾的可能性较爆炸的可能性大，因此，本次评价模拟计算以轻油泄漏为例，计算其泄露后具备造成火灾事故需要的时间。

（1）液池直径计算

本项目轻油储罐有防护堤，以轻油泄露为例，防护堤所围池面积S=210.85m2，则等效液池直径D（m）：

D=（4S/3.14）1/2 (公式依据《危险评价方法及其应用》冶金工业出版社，吴宗之、高进东、魏利军 编著)

D=16.4m

同理计算出轻油泄露等效液池半径为8.2m。 轻油泄漏发生池火伤害模拟计算结果

假设其中一个轻油储罐全部泄露完，其泄漏模拟计算过程采用环境风险评价系统进行模拟计算，计算过程：

①燃烧速率

下面是广泛采用的液体单位面积燃烧速率的计算公式。 当液体沸点高于环境温度时：

mf?0.0HC01Cp(Tb?Ta)?Hv （1-1)

当液体的沸点低于环境温度时，如加压液化气或冷冻液化气，其单位面积的燃烧速度mf为：

mf?0.0HC01Hv （1-2)

式中：mf——液体单位表面积燃烧速度，kg／（m2·s)； Hc——液体燃烧热；J／kg；

2012年 秋 季学期研究生课程考核

（读书报告、研究报告）

考核科目 高等流体力学 机电工程学院 机械制造及自动化 高强 12S008123 工学硕士 阅卷人 学生所在院（系） 学生所在学科 学 生 姓 名 学 号 学 生 类 别 考

核结果 湍流的数值模拟

一、流体力学概述

流体力学是研究流体的力学运动规律及其应用的学科。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。除水和空气之外，这里的流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础知识。气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，汽车制造，以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。

二、数

Fluent数值模拟的主要步骤

使用Gambit划分网格的工作：

首先建立几何模型，再进行网格划分，最后定义边界条件。 Gambit中采用的单位是mm，Fluent默认的长度是m。 Fluent数值模拟的主要步骤：

（1） 根据具体问题选择2D或3D求解器进行数值模拟；

（2） 导入网格(File-Read-Case)，然后选择由Gambit导出的msh文件。

（3） 检查网格(Grid-Check)，如果网格最小体积为负值，就要重新进行网格划分。 （4） 选择计算模型(Define-Models-Solver)。（6） （5） 确定流体的物理性质(Define-Materials)。 （6） 定义操作环境(Define-Operating Conditions)。 （7） 指定边界条件(Define-Boundary Conditions )。

（8） 求解方法的设置及其控制（Solve-Control-Solution）。 （9） 流场初始化（Solve-Initialize）。

（10） 打开残插图（Solve-Monitors-Residual）可动态显示残差，然后保存当前的Case和

Data文件（File-Writer-Case&D

《数值计算原理》,清华大学数值分析A课程使用教材,课后习题答案(李庆阳 关治 白峰杉 编著,清华大学出版社出版)清华大学出版社,数值计算原理,数值分析,答案,习题,考卷,杨顶辉,作业

1、

方程组中，，则求解方程组的Jacobi迭代与Gauss-Seidel迭代均收敛的a的范围是___________。

2、，则A的LDLT分解中，。

3、4、已

知，则，，则用复合梯形公式计算求

得，用三点式求得5、，则

，三点高斯求积公式*6设x 2.40315是真值x 2.40194的近似值，则x有________位有效数字。 *

7 设 f(x) x3 x 1,则差商(均差)f[0,1,2,3] _____________，f[0,1,2,3,4] ________________。

8 求方程x f(x)根的牛顿迭代格式是__________________。

9.梯形求积公式和复化梯形公式都是插值型求积公式。

(n)C10.牛顿—柯特斯求积公式的系数和 k 。 k 0n

11.用二次拉格朗日插值多项式L2(x)计算sin0.34的值。插值节点和相应的函数值是（0，0），（0.30，0.2955），（0.40，0.3894）。

3f(x) x x 1 0在 [1.0,1.5]