火灾及烟气计算机模拟模型综述

近年来,火灾及烟气运动的计算机模拟模型得到了广泛的发展,已经得到广泛应用.计算机模型的广泛应用得益于在过去十年中火灾理论研究和试验所得到的火灾基础数据库,以及计算机硬件的发展使得更为复杂的计算方法得到应用.计算机模拟的应用也推动了建筑规范从"处方式"向性能化规范发展.本文对火灾及烟气计算机模拟模型的基本原理进行了介绍,着重介绍了在我国应用广泛的场模拟模型FDS,并结合笔者使用过的模型进行了对比研究.     

某大厦特大火灾事故数值重构

将计算机数值模拟技术应用于火灾调查研究，采用大涡模拟方法重现国内某商场的火灾发展过程，根据现场勘查结果设置边界条件，分别对两个可能的起火点建立场景模型进行数值模拟。将关键部位单位距离不可见度、温度及热通量发展趋势等参数结算结果数据与火灾现场勘测结果及证人证词进行比较，排除了不合理的起火点，验证了另一种情况的正确性，解决了火灾现场勘测无法确定的难题，完善了火灾调查结论。根据计算再现的火灾蔓延过程，可寻找延缓火势蔓延和降低火灾损失的方法。     

基于油罐火灾数值模拟的模型选取与分析

计算机模拟方法是当今研究油罐火灾发生、发展规律的重要手段。为此 ,从油罐燃烧的特点出发 ,搜集了当前最新的 1 7种火灾模型 ,对比分析了它们的特点和适用范围 ,并筛选出 7种适于模拟油罐火灾的模型 :ALOFT -FT ,FDS ,CFX ,FLUENT ,PHOENICS ,JASMINE和FIRE。通过对这些模型计算方法的进一步比较 ,分析了利用这 7种模型模拟油罐火灾的优点和缺点。最后 ,提出了运用FDS模型模拟油罐火灾的优势 ,并用其进行了计算和分析 ,得到了满意的结果     

建筑火灾场模拟计算中的求解区域的确定——建筑防火性能化设计的若干问题探讨

建筑火灾的计算机模拟是建筑防火性能化设计的重要组成部分，场模拟是建筑火灾计算机模拟的主要方法之一。在建筑火灾计算机模拟过程中求解区域的取法将直接影响计算结果的合理性，求解区域的选择涉及边界条件的处理，本文通过对求解区域选取的举例说明和探讨，以求科学地认识和理解其在火灾计算机模拟过程中的重要性。     

基于GIS的城市特大火灾蔓延模拟

本文将对城市特大火灾的蔓延机理进行深入剖析，并构建火灾蔓延的半经验半理论模型。该模型包括两个子模型，其一为个体建筑火灾发展的简化模型，其二为建筑物间的火灾蔓延模型。前者简化了个体建筑内部火灾发展与蔓延的复杂过程，仅简单评价了个体建筑火灾发展所处的阶段，即起火、轰燃、充分发展与倒塌，并计算出各阶段相应的物理量。后者则是从建筑物间火灾蔓延的机理入手，借鉴已有模型对两种主要的火灾蔓延方式热辐射与热对流进行模型的简化和修正，并且量化了影响建筑物间火灾蔓延的气象条件。最后，作者提供了基于GIS的城市特大火灾蔓延模拟方案，并将模拟方案用于对日本1995年阪神地震后神户市高桥医院周边一处起火进行火灾蔓延模拟，再将模拟结果与实际火灾蔓延结果进行对比，从对比中充分体现出模型的有效性。     

矿井火灾计算机模拟研究

介绍了国内外矿井火灾计算机模拟技术发展的历史和现状。将现有的矿井火灾计算机摸拟方法分为稳态模拟、一维瞬态模拟和多维瞬态模拟，并对其特点进行了分析和评     

建筑火灾模拟模型设计

数值模拟是火灾科学研究中的一种重要方法。本文描述了建筑火灾模拟模型的建模思想和方法，该思想可用于研究建筑火灾过程规律、新的火灾安全方案或策略的工作效果和经济性分析，模拟模型可以给系统性能和火灾防治经济性以定量说明。并对在建模中存在的问题进行了探讨．     

舰船火灾中烟气沿通道蔓延特征的计算机模拟

本文采用区域模型时舰船火灾中烟气沿通道蔓延的热物理特征进行了计算机模拟，并根据区域模型村基本思路，采用纵向分段的方法，解决了纵向长通道内烟气蔓延中分层热物理参数不均匀问题，提高了模拟计算的准确性，模拟结果与模型实验符合较好。     

山地火蔓延过程的三维模拟

本文以林火蔓延的模型为基础，运用OpenGL图形渲染的技术，考虑实时的地形坡度和风向，动态的显示实时火场边界，通过巧妙地将林火蔓延模型转变为计算机中的数据结构，结合粒子系统，在计算机上三维模拟重现了由单个火源引发的林火蔓延过程。这对于林火的辅助应急决策，有效地组织扑救，减少火灾损失，计算火灾引起的损失评估具有重要意义。     

区域模拟与巷道火灾一维烟流流动模拟耦合方法初探

针对目前网络模拟中对巷道火灾火源区域描述过于简单的问题 ,笔者提出了区域模拟与网络模拟相结合的方法 ,在理论上分析了二者耦合的可行性 ,并重点对火源部分的温度模拟结合进行了分析 ,从而为提高巷道火灾网络模拟的准确性和进一步完善巷道火灾计算机模拟提出了一种新思路。     

中庭火灾烟气流动数值模拟

根据中庭火灾特点 提出了考虑辐射换热损失和壁面传热损失、不考虑燃烧过程、视火焰为体积热源,浮升力作用下火灾烟气湍流流动的场模型,并将辐射换热损失计人壁面传热损失,简化辐射换热模型计算,运用该场模型对中庭模型实验装置火灾烟气流动进行了数值模拟,采用通用软件PHOENICS进行数值计算,研究表明,数值模拟结果与中庭模型实验装置火灾试验结果吻合;以热源模拟火焰的方法对分析中庭火灾烟流发展规律可行。     

建筑火灾区域模拟竖孔流动的计算

本文根据建筑火灾双层区域模拟思想，给出其常微分控制方程组，并分析了其压力求解方法，然后，运用伯努力利方程推导了相邻房间通过矩形竖孔（门或窗）的质量流率计算公式，还讨论了竖孔流动中性面产生条件。在此基础上，结合一两房间、两孔建筑中烟气运动实例，运用Ｃ．Ｗ．Ｇｅａｒ刚性稳定算法对火灾发展及烟气流动过程进行了数值模拟；给出各竖孔中性面位置、数量和各主环境之间通过竖孔的质量流率；还给出各房间气体平均温升、     

海湾安防(GST)消防系统在高校图书馆的应用

从火灾探测器、报警装置、联动系统等方面介绍现代消防系统的构成、工作原理、运行情况。构建科学合理的消防系统,有助于实现高校图书馆火灾的早期探测、智能化控制,防灾于未然,将消防安全隐患消灭于萌芽状态。介绍海湾安防(GST)有限公司的情况,及其产品在中北大学图书馆的实际应用情况及存在问题,对消防系统在图书馆的应用提出思考和建议,以供图书馆、资料室、书库、档案馆等单位借鉴和参考。实践表明:GST有限公司生产的消防产品能满足图书馆的消防需求,同时还应加强图书馆工作人员的消防意识和消防管理。     

侧室－走廊初起火灾下烟气运动的模拟研究

本文用盐水模拟的方法，对典型的侧室－走廊结构建筑内初起火灾时烟气运动规律进行了探讨。所得结果不仅有利于探索烟气运动的盐水模拟准则，还对建筑火灾烟气控制和通风排烟设计有参考作用。     

室内火灾中外部燃烧现象的数值模拟

外部燃烧是室内火灾中火焰随烟气流出窗户并在窗户外燃烧的现象。外部燃烧会造成火势从初始着火的房间向其他房间或楼层蔓延，具有很大的危害性。本文应用美国国家标准技术局（NIST）开发的FDS程序，对外部燃烧现象进行了研究。首先对Bullen和Thomas的实验进行数值模拟，用以验证FDS对外部燃烧现象的模拟效果。在相近的燃料过量因子的条件下，计算得到的外部燃烧羽流的温度分布结果、外部燃烧火焰的高度和火焰距离窗户所在壁面的水平距离与Bullen和Thomas的实验结果符合得较好。之后，研究了不同窗户大小和不同燃料消耗率对外部燃烧的影响。最后，发现当燃料消耗率足够大致使室内燃料过量因子接近1时，室内火焰将会熄灭，燃料流出窗户形成的外部燃烧火焰会被拉长，火焰肾贴窗户外的壁面向上燃烧。     

Revised fire consequence models for offshore quantitative risk assessment

Offshore oil and gas platforms are well known for their compact geometry, high degree of congestion, limited ventilation and difficult escape routes. A small mishap under such conditions can quickly escalate into a catastrophe. Among all the accidental process-related events occurring offshore, fire is the most frequently reported. It is, therefore, necessary to study the behavior of fires and quantity the hazards posed by them in order to complete a detailed quantitative risk assessment. While there are many consequence models available to predict fire hazards-varying from point source models to highly complex computational fluid dynamic models—only a few have been validated for the unique conditions found offshore.

In this paper, we have considered fire consequence modeling as a suite of sub-models such as individual fire models, radiation model, overpressure model, smoke and toxicity models and human impact models. This comprehensive suite of models was then revised by making the following modifications: (i) fire models: existing fire models have been reviewed and the ones most suitable for offshore conditions were selected; (ii) overpressure impact model: a model has been developed to quantify the overpressure effects from fires to investigate the possible damage from the hot combustion gases released in highly confined compartments; (iii) radiation model: instead of a point/area model, a multipoint grid-based model has been adopted for better modeling and analysis of radiation heat flux consequences. A comparison of the performance of the revised models with the ones used in a commercial software package for offshore risk assessment was also carried out and is discussed in the paper.     

窄带水平集法下林火蔓延仿真研究

火焰锋面的追踪是建立林火蔓延模型及预测锋面位置的关键环节。基于水平集法追踪锋面具有求解灵活稳定、易于处理锋面拓扑结构变化的特点。针对传统水平集法重新初始化过程复杂、计算量较大的问题,根据距离函数定义,提出通过形态学膨胀的方法以锋面点为圆心向外膨胀,获得锋面附近窄带内每个点距离锋面的最近距离,重建窄带内的水平集函数,物理意义明确,有效减小了计算量,在此基础上基于林火速度场经验模型模拟了单火源及双火源的锋面蔓延情况。结果表明,该方法能够有效模拟坡度、风速等因素对火焰锋面的影响,为其在林火蔓延模型中的应用提供了基础。     

Evaluation of CFD simulations of transient pool fire burning rates

Fire is the most commonly occurring major accident hazard in the chemical and process industries, with industry accident statistics highlighting the liquid pool fire as the most frequent fire event. Modelling of such phenomena feeds heavily into industry risk assessment and consequence analyses. Traditional simple empirical equations cannot account for the full range of factors influencing pool fire behaviour or increasingly complex plant design. The use of Computational Fluid Dynamics (CFD) modelling enables a greater understanding of pool fire behaviour to be gained numerically and provides the capability to deal with complex scenarios.This paper presents an evaluation of the Fire Dynamics Simulator (FDS) for predictive modelling of liquid pool fire burning rates. Specifically, the work examines the ability of the model to predict temporal variations in the burning rate of open atmosphere pool fires. Fires ranging from 0.4 to 4 m in diameter, involving ethanol and a range of liquid hydrocarbons as fuels, are considered and comparisons of predicted fuel mass loss rates are compared to experimental measurements.The results show that the liquid pyrolysis sub-model in FDS gives consistent model performance for fully predictive modelling of liquid pool fire burning rates, particularly during quasi-steady burning. However, the model falls short of predicting the subtleties associated with each phase of the transient burning process, failing to reliably predict fuel mass loss rates during fire growth and extinction. The results suggest a range of model modifications which could lead to improved prediction of the transient fire growth and extinction phases of burning for liquid pool fires, specifically, investigation of: ignition modelling techniques for high boiling temperature liquid fuels; a combustion regime combining both infinite and finite-rate chemistry; a solution method which accounts for two- or three-dimensional heat conduction effects in the liquid-phase; alternative surrogate fuel compositions for multi-component hydrocarbon fuels; and modification of the solution procedure used at the liquid-gas interface during fire extinction.     

非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力研究

为研究非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力,在合理采用钢材和混凝土本构关系的前提下,基于ABAQUS建立了火灾后钢管混凝土柱相继热力耦合分析模型,并依据试验数据验证模型有效性。在此基础上进行了单面、相对两面受火状态下方形钢管混凝土短柱的轴压工作机理分析和参数分析,结果表明:受火方式对构件温度场及受力机理影响较大;受火时间、截面边长、防火保护层厚度是构件非均匀受火后剩余承载力的主要影响参数。在工程常用范围内,回归了两种受火方式下方钢管轴压短柱剩余承载力影响系数计算公式,可为该类构件在火灾后的修复提供参考。     

全尺寸船舶机舱火灾烟气填充研究

为研究机舱火灾烟气蔓延的特点,进行了全尺寸机舱火灾烟气填充试验,在试验舱室内设置4个不同尺寸的填充物,研究不规则截面舱室的烟气沉降规律,同时改变油池尺寸和抬升火源研究火源功率和火源高度对烟气温度分布和烟气层沉降的影响。结果表明:随火源功率增大,顶棚和侧墙的温度升高,烟气的沉降速率增大,当火源功率较小时顶棚温度较低,以温度为阈值的消防喷头失效;将火源抬升4 m时烟气温度及烟气沉降速率均升高,但烟气层稳定在8 m高度,舱室底部形成一个相对安全的空间。另外,基于Zukoski羽流模型和质量守恒,推导出不规则截面烟气沉降理论预测模型,与前人的模型对比,该理论模型预测值更接近实际观测值。