数值模拟方法在壁面烧损痕迹的应用

本文作者对FDS源程序进行了改进,并利用改进后程序计算火灾过程中壁面热解形成图痕,作为火灾调查的方法之一,初步分析壁面烧损痕迹发展特征。该方法可以根据火灾场景、壁面材料、起火点功率的不同计算研究壁面燃烧痕迹形成规律,并提出使用该方法对火灾调查提供理论依据的可行性和重大意义。     

纸面石膏板受热痕迹的数值重构研究

利用锥形量热仪实验测定了纸面石膏板暴露在不同辐射热通量、不同暴露时间下的烧损程度,基于火灾烈度理论对实验数据进行拟合,建立石膏板受热痕迹的半经验模型。通过修改FDS(Fire Dynamics Simulator)的源代码,将模型嵌入到软件中,与自身功能相结合,实现重现石膏板受热痕迹的功能。同时进行了石膏板受热痕迹的实体实验,研究了不同油盘面积、受热时间和相对位置对石膏板受热痕迹形成过程和结果的影响。利用增加了新功能的FDS软件对实体实验进行了数值重构,对比实验和模拟的结果,证明了该模型可用于石膏板受热痕迹的重现。该技术完善了火灾的数值重构技术,作为火灾调查的一种新兴的技术手段,对于完善事故调查的证据链,辅助火灾调查工作具有重要意义。     

基于炭化痕迹的火灾数值重构及应用

利用试验方法建立了炭化痕迹的数学模型,与火灾流体动力学软件FDS相耦合,实现对炭化痕迹的再现,同时,进行了较为接近真实火灾的火灾场景试验,并用新编译的FDS软件对试验进行重构。结果表明:火势发展变化趋势基本一致;起火后,火场热释放速率迅速上升,100 s左右达到约2750 kW,随后开始下降,直至434 s降到700kW左右,与火势进程基本吻合;试验得到的密度板炭化痕迹未被烧损的区域(横向30.2~86.8 cm、纵向0~18.6 cm)略小于重构得到的密度板炭化痕迹未被烧损的区域(横向33.4~91.6 cm、纵向0~18.9cm),但分布规律基本一致,验证了新编译的FDS软件的有效性。将该软件应用于消防工作,不仅可以作为一种定量方法来描述炭化痕迹的形成过程,还可以通过火场中的炭化痕迹来反推起火点位置,辅助火灾调查工作。     

比较FDS和FLUENT在池火灾模拟中的应用

热辐射是池火灾燃烧的主要危害之一,可能导致人员伤亡或设备设施损坏。油罐火灾是典型的池火灾。本文通过对无风情况下油罐火灾火焰形状进行理论模型分析,建立了各自的物理模型和几何模型。应用计算流体动力学软件Fluent和火灾动力学模拟软件FDS,对无风情况下池火灾对周围大气环境的热辐射强度进行模拟,得到了火焰周围入射热流密度分布图,运用软件Statistica拟合得出热辐射强度与距离火焰中心的水平距离的对应关系,分别计算出轻伤半径区域下的最小安全距离。数值模型模拟结果与池火灾经验模型进行比较,发现FDS辐射强度结果与经验模型结果吻合较好。分析了利用这两种模型模拟油罐火灾各自的优点和缺点,最后提出了运用FDS软件模型模拟油罐火灾时的优势。     

航站楼公共区的实体试验与模拟试验研究

机场航站楼公共区存在的各类火灾荷载不仅加剧了火灾隐患，还由于各自不同的燃烧特点给相关研究增加了难度。通过对商铺货架、书店书架、值机普通座和商务桌椅开展实体燃烧试验，并采用火灾动态模拟器(Fire Dynamic Simulation, FDS)进行全尺寸建模和数值模拟，分析火灾荷载类型、燃烧过程和温度的相关性，通过统计分析软件对比实体试验与模拟试验的燃烧过程、温度、热释放速率(Heat Release Rate, HRR)等参数的差异及原因。结果表明，HRR与O₂/CO₂释放率均会对温度产生显著影响，导致模拟后期的温度比实体试验的更低。火灾荷载类型会影响实体试验的HRR和温度，而实体试验和模拟试验测得的温度均与燃烧过程的HRR呈显著正相关性，O₂/CO₂释放率也会影响模拟试验的HRR和温度。通过O₂/CO₂释放率的参数赋值，可提高FDS模拟结果的准确度。     

地铁区间隧道半横向通风排烟方式对排烟效果的影响

通过数值模拟与试验的方法研究地铁区间隧道发生火灾(火源功率为5 MW)时,半横向排烟方式中排烟风速、排烟口间距、排烟口面积对排烟效果的影响。以某地铁区间隧道为原型,利用FDS建立全尺寸隧道模型进行数值模拟研究。此外,根据Froude相似模型,建立了1∶10的地铁区间隧道模型试验台,以验证数值模拟的可靠性。结果表明,半横向排烟方式可以有效地排出隧道发生火灾时产生的烟气。数值模拟结果与试验结果的相对误差在2.5%~25%,验证了利用FDS研究隧道火灾的结论是可靠的。排烟风速、排烟口间距、排烟口面积设置过大或过小都会影响排烟效果。     

地暖采暖单层大空间中火灾烟气下降规律及控制研究

模拟实际地暖采暖空间建立小规模试验装置,研究了该环境中的烟气下降规律及其危险性.结果表明,地暖采暖环境加速了烟气的发展速度,使危险提前到来.在试验研究的基础上,讨论运用FDS模拟地暖采暖空间烟气运动的可靠性.并利用FDS软件,对真实采暖单层大空间的火灾烟气下降规律进行了数值模拟,提出了该环境中影响烟气运动的主要因素及其控制措施.     

可燃装修材料的燃烧温度场数值模拟分析

为研究室内可燃装修材料的耐高温及燃烧特性,该文用火灾动力学模拟软件Fire DynamicSimulator(FDS)对火灾实际场景的温度场进行数值模拟分析。对热释放速率曲线进行拟合分析,发现火灾发展初期是由一个慢速增长火和一个超快速增长火两个阶段组成。比较温度场的模拟结果与实际场景的燃烧图痕,得出火场温度的快速升高源于可燃材料的热释放速率和燃料消耗速率快速增加。同时分析了火场中一氧化碳、二氧化碳等有害气体的浓度与燃烧温度场的变化规律,为选择合适的室内装饰材料提供有效的数值参考。     

数值模拟在我国火灾研究中的应用

为了解数值模拟方法在我国火灾研究中的应用情况,从CNKI《中国学术期刊(网络版)》数据库中获取1265篇以火灾数值模拟为主题的期刊文献,使用CiteSpace可视化分析软件,从机构合作、作者合作、关键词共现等方面进行分析。结果表明:2003年以来,火灾数值模拟高速发展,应用广泛,并不断被用以研究新的火灾问题。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室是使用数值模拟方法研究火灾最主要的科研机构;朱国庆、周汝等是发表火灾数值模拟相关文献最多的学者;火灾数值模拟主要应用于大体量火灾场景,也用于获取实体实验难以监测的数据,使用最广泛的火灾数值模拟软件为FDS。     

纵向通风隧道内火灾温度场分布规律研究

以狮子洋水下特长隧道为工程背景,利用CFD数值模拟软件FDS 4.01,建立隧道实体物理模型,进行火灾数值模拟分析。研究了列车火灾热释放功率为15 MW、不同坡度、不同纵向通风风速下,该类隧道内拱顶附近和2 m高处温度场的纵向分布规律,以及各工况下拱顶的最高温度,并分析其对隧道结构防火和人员疏散救援的影响。结果表明:随隧道坡度的增大,在同一通风速率下的烟气回流长度逐渐减小,但随着风速的加大,坡度对烟气回流的影响逐渐减弱;随着通风风速的增大,火区附近的温度下降,而沿程温度上升,纵向通风速率越大,拱顶温度越低。     

木质类人造板材炭化痕迹实验及数值重构研究

利用锥形量热仪测定不同辐射热通量和不同燃烧时间下木质类人造板材的炭化深度,建立木质类人造板材炭化痕迹的数学模型,并嵌入到FDS(Fire Dynamics Simulator)源程序中,与自身功能相结合,实现重构木质类人造板材炭化痕迹的功能。同时实验研究了不同油盘尺寸、不同燃烧时间、不同火源位置和不同材料种类对炭化痕迹的影响,并利用新编译的FDS程序对实验进行重构,对比重构结果和实验结果,证明该程序可以用于重现木质类人造板材的炭化痕迹。     

火灾标准燃烧室相似模型试验箱设计及有效性研究

运用相似理论对火灾探测标准燃烧室建立1/10的相似模型试验箱,确定火灾试验所涉及的主要相似准则关系,并通过FDS数值模拟对其相似有效性进行分析.通过模拟试验,讨论火灾探测中关心的3m环及羽流中心线上烟气参数的变化及其相似性.模拟试验数据表明,在火灾研究误差范围内,该模型试验箱在烟气温升及运动特性上可以对原型标准燃烧室进行较好的模拟.     

某校学生食堂火灾事故模拟

应用火灾模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)建立某学生食堂的火灾事故模型,首先确定该食堂发生火灾时需要重点研究的区域,然后通过火灾模拟试验所得数据,分析烟气运动、温度的分布和能见度等因素对人员疏散的影响。结果表明,该模型能够有效模拟分析学生食堂火灾及人员逃生情况,且烟气层高度是决定疏散时间的主要因素。     

考虑火源位置的船舶机舱火-热-结构耦合研究

为准确分析真实火灾条件下的船舶机舱结构力学行为,克服传统标准温升法的缺陷,提出基于火灾动力学模拟器(FDS)和ANSYS的火-热-结构力学耦合分析方法;采用FDS仿真模拟真实火灾场景,获得近机舱内壁面处时变温度场信息,以此温度场信息为边界条件,传输到结构力学行为仿真软件ANSYS中,对机舱结构加载温度荷载并进行瞬态热分...     

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。     

基于火灾动力学模拟的古建筑火灾探测器布置研究

为尽快发现和控制火灾,使古建筑的消防投资更经济有效,需进行试验研究。但古建筑不能进行现场试验,通过基于火灾动力学的场模拟软件FDS5.0,以山西圣母殿为例,建立物理模型,模拟火灾发生、发展过程,得出火灾烟气蔓延过程中浓度和温度随时间变化的不同分布。通过对模拟结果分析,对圣母殿中感烟和感温2种火灾探测器进行合理有效的布置,经过数据检验,在最短时间内报警系统有效报警。结果分析表明:不论着火点在建筑的什么位置,只要合理的设置和组合火灾探测设备,就能在第一时间发现火情。证明了软件模拟的方法对古建筑消防设施设置方式的可行性。     

窗口溢流火燃烧试验与数值模拟研究

选取20 cm × 40 cm和60cm×30c m两个开口工况对窗口溢流火燃烧现象进行试验和模拟研究.试验台基于ISO 9705全尺寸热释放速率试验台搭建,包括燃烧小室、模拟外壁面、温度测量系统和气体分析系统.结果表明,燃烧状态受通风因子影响较大.蜂值热释放速率随通风因子的增大而增大,而达到峰值热释放速率的时间和燃烧持续时间呈相反的变化趋势.溢流火焰的壁而贴附效应与小室开口比率(宽高比)有关,宽开口火焰壁面结附效应比带开口明显.采用火灾动力模拟软件FDS(Fire Dynamics Simolator)对试验结果进 行数值模拟.模拟得到的热释放速率、溢流火焰温度分布、小室温度以及溢流火焰的壁面贴附效应与试验结果吻合较好.     

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。     

建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算，其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据，并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明：通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况，与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好，表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。     

PVC电缆全尺寸燃烧试验与数值模拟研究

在利用锥形量热计测试方法获得电缆燃烧热、点燃温度等火灾数值模拟参数基础上,利用FDS数值模拟软件对电缆全尺寸试验平台电缆燃烧试验进行模拟.对比模拟结果与试验结果发现,热释放速率、温度等参数吻合较好.热释放速率到达峰值时间试验值为231 s,模拟值为243 s; 热释放速率峰值试验值为53 kW,模拟值为55 kW.研究表明,利用数值模拟对电缆燃烧过程进行精确模拟是可行的.