火灾模拟软件FDS中的火源设定.doc

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火灾模拟软件FDS中的火源设定

火灾模拟软件FDS中的火源设定 程铁华1 刘敏2 邢奕1位广超1 (1:北京科技大学,北京100083;2:首安工业消防有限公司, 北京 101304) 摘要:FDS(Fire Dynanmics Simulator)是(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。……,以便使障碍物或者通风口与它关联起来。 这只是一个简单的火源,有单位面积热释放速度(HRRPUA),单位是kW/m2。 例如: SURF ID=FIRE,HRRPUA=1000.0 / OBST XB=2.0,4.0,1.0,5.0,0.0,0.3,SURF_IDS=FIRE,INERT,INERT / 这两个语句表示OBST的上表面的边界条件是SURF ID=FIRE,也就是一个单位面积热释放速率为1000kW/m2的火源,障碍物OBST的上表面积是2×4=8m2,也就是热释放速率为1000×8=8MW的一个火源。 只指定HRRPUA的火源,其功率会在模拟的开始1s时间内立即就达到指定功率。如下图所示: 图2.1 功率为8MW的火源热释放速率图 如果要控制火源的速度,可以指定SURF行上边界条件的时间关系曲线。边界条件可以通过指定的函数或用户自定义的函数来设置成随时间变化的量。参数TAU_Q表示热释放速度在TAU时间内逐步增加至指定值,并停留在这个值上。如果TAU_Q是正值,热释放速度以双曲正切函数(t/τ)增加。若是负值,则以(t/τ)2函数增加[1]。 例如: SURF ID=FIRE,HRRPUA=1000.0 ,TAU_Q=10/ OBST XB=2.0,4.0,1.0,5.0,0.0,0.3,SURF_IDS=FIRE,INERT,INERT / 如下图所示: 图2.2前10s热释放速率以双曲正切函数增加的火源图 图2.3前10s热释放速率以(t/τ)2函数增加的火源图 如果需要tanh或t2以外的函数,那么需要输入用户自己定义的燃烧随时间的变化关系。这就需要用到RAMP行。 例如: SURF ID=FIRE,HRRPUA=1000.0 ,RAMP_Q=function/ OBST XB=2.0,4.0,1.0,5.0,0.0,0.3,SURF_IDS=FIRE,INERT,INERT / RAMP ID=function,T=0.0,F=0.0 / RAMP ID=function,T=5.0,F=0.5 / RAMP ID=function,T=15.0,F=1.0 / RAMP ID=function,T=25.0,F=0.5 / RAMP ID=function,T=30.0,F=0.2 / 注意:这里的T表示时间,F表示T时刻的热释放速率与最大热释放速率的比值。 上述参数表示的火源如下图所示: 图2.4 热释放速率以自定义函数变化图 2.2指定HEAT_OF_REACTION设定火源的方法 只是指定HRRPUA的火源,没有考虑到火源燃烧过程中的实际情况,只是给出了一个燃烧产生的效果。而实际中的燃烧可能还有复杂的分解过程,材料的其它性质来影响到燃烧的过程。上面说到过模拟中只能有一个气态的燃料,也就是说其它的燃料要分解成气体来燃烧。FDS中描述固体和液体的分解有好几种方法。采用哪种方法在很大程度上取决于所知的材料性质情况,和分解模型的合适性。 2.2.1固体燃烧物 固体物质通过SURF行来描述,SURF行包含组成它的各类物质MATL。每个MATL可以进行几个反应,指定N_REACTIONS来表示其发生几个反应。每一个反应可以产生一个固体RESIDUE,水蒸汽,和/或燃料蒸气。确定每个反应的产物:固体RESIDUE,水蒸汽,和/或燃料蒸气。这些信息通过yields NU_RESIDUE(j),NU_WATER(j),和NU_FUEL(j) 来表示。理想情况下,产物数量的总和应是1,表示反应物的质量守恒。接下来要制定所知物质的分解速度。通常情况下,指定REFERENCE_RATE(S-1)和REFERENCE_TEMPERATURE(℃)。REFERENCE_RATE的默认值是0.1s-1。REFERENCE_TEMPERATURE(℃)是指在这个温度下,所指材料的质量分数以0.1s-1的速度进行了分解反应。最后还要指明每单位质量的反应物转化为其它物质时,消耗的能量HEAT_OF_REACTION(j)。这是因为大多数固相反应是吸热的,需要能量。通常情况下,只有像水的蒸发这样的简单相变反应才确切的知道其HEAT_OF_REACTION。对于其它反应,必须靠经验来确定。 一个固体燃烧物例子如下: MATL ID = My Fuel SPECIFIC_HEAT

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