基于油罐火灾数值模拟的模型选取与分析

1、基于油罐火灾数值模拟的模型选取与分析杨君涛1魏东2李思成2马一太1(1天津大学热能研究所2武警学院消防指挥系学科分类与代码:62012030或620. 3010课题项目:国家“十五”攻关项目“城市火灾与重大化学灾害事故应急救援技术研究”资助(2001BA803B 02 。【摘要】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17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 ,FLU EN T ,PHOEN ICS ,JASMIN E 和FIRE 。通过对这些模

2、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。【关键词】油罐火灾; 场模型; 数值模拟Selection and Analysis of Fire Models Based on Oil Tank Fire SimulationYANG Jun 2tao 1WEI Dong 2L I Si 2cheng 2MA Yi 2tai 1(1Institute of Thermal Energy , Tianjin University2Department of Fire Fig

3、hting Commanding , Armed Police College , Langfang Abstract :Numerical simulation is an im portant method for investigating the regularity of oil tank fire from the verybeginning to the end. Based on the characteristics of oil tank fires , 17latest fire models are collected. B y comparing the charac

4、teristics and application of these models , seven models that could be a pplied to simulate the oil tank fires are chosen , i. e. ALOFT 2FT , FDS , CFX , FLU EN T , PHOEN ICS , JASMIN E and FIRE. Then the calculation methods of these models are further analyzed to find the advantages and disadvantag

5、es of each own when used in simulating oil tank fires. Finally ,it concludes that FDS has more advantages than others with satisfactory results. K ey w ords :Oil tank fire Field models Numerical simulation 1前言油罐火灾是目前损失巨大、难以扑救的火灾之一。油罐内储存的各种油品一般都具有易挥发、易流失、易燃烧、易爆炸等性质, 一旦发生火灾, 必将造成重大经济损失。如1989年的黄岛油库火灾,

6、烧毁油罐5座, 原油4万多吨, 毁坏民房约4000m 2, 伤亡87人, 事故造成直接经济损失3540万元; 再如2001年的沈阳大龙洋油库大火, 烧掉汽油罐8个, 经济损失近亿元。因此, 研究油罐火灾发生、发展的特点, 揭示油罐火焰传播、热量传递等方面的内在规律, 对于保障国家和人民生命财产安全是十分必要而又非常迫切的。近些年来, 计算机模拟技术已成为火灾科学研究的重要手段。笔者从油罐燃烧的特点出发, 系统地搜集了当前最新的火灾计算模型, 依据所需的油罐火灾特性参数, 对比分析了不同火灾模型的特点、计算方法和适用范围, 找出了各模型的优缺点, 为油罐火灾的数值模拟提供了有益的指导和帮助。2油

7、罐燃烧的特点油罐火灾燃烧速度快, 火焰温度通常在9001200, 而且油品的燃烧热值是木材的45倍, 对周围的热辐射强度非常大, 容易引起相邻油罐的燃烧和爆炸。油罐火焰是紊流型扩散火焰, 其突出特点是:周围空气主要是通过燃烧中心区的火焰进入油罐的, 油罐直径越大, 空气进入火焰的深度就越大, 火焰中便会有局部回流存在, 上升的火焰及燃气流与下降的空气形成犬牙交错的团状。油罐火灾火势的大小与燃烧速率有直接关系, 燃烧速率主要是由燃料的蒸发率和燃气的转换、传输过程决定的, 而燃料的蒸发速率主要受第14卷第1期2004年1月中国安全科学学报China Safety Science Journal V

8、ol . 14No . 1Jan . 2004传递到燃料表面的热流分布的影响, 并最终决定于油品种类、油罐大小、风速、地形等因素, 是十分复杂而又难以准确预测的。3油罐火灾的计算机模拟总体而言, 研究火灾的发生、发展规律, 预测其危险性是有效预防和扑灭油罐火灾的关键。目前的研究方法, 主要有模型实验与计算机模拟两种方法。模型实验一般是指对各种实际火灾情况进行实体(fullscale 试验, 或按比例缩小尺寸(small scale 的燃烧试验。它是火灾科学理论研究的基本方法和手段, 既可用于研究火灾的规律, 验证各种影响因素之间的关系, 同时也可为数学模型提供基本的数据。计算机模拟就是在描述火

9、灾过程的各种数学模型的基础之上, 分析研究火灾的发生、发展, 烟气的蔓延规律以及火灾对周围环境的作用。计算机模拟可以大大节省研究和测试费用, 同时可通过设定多种火灾场景进行重复的模拟和演算。由于油罐火灾研究具有特殊性, 加之资金、安全、环保等因素的限制, 直接进行大型实验是非常困难的。另外由于油罐火灾受到气候和环境的影响使实验重复性较差, 难以获得一致的结果, 而且实验结果在利用相似理论进行推广的过程中, 也得不到满意的效果。所以近几年来随着计算机技术的飞速发展, 应用计算机来模拟油罐火灾的发展过程和火灾对环境的影响已成为更为可行的手段。计算机模拟的关键在于建立可以准确描述火灾现象及其发展过程

10、的数学模型, 常被称为“火灾模型”1。现在常用的火灾模型有两种:区域模型(Z one Model 和场模型(FieldModel , 也称为CFD 模型 。区域模型把所研究的受限空间划分为不同的控制容积(即区域 , 并且假定各个控制容积内的参数(如温度、压力、密度等 是均匀的, 在每个区域内分别运用质量、能量和动量守恒的原理, 用数学分析方法来描述火灾过程。场模拟的理论依据是自然界普遍成立的质量守恒、动量守恒、能量守恒以及化学反应定律等, 且建立了火灾各主要分过程的理论模型, 主要是受浮力影响的湍流模型、湍流燃烧模型、辐射换热模型和碳黑模型等, 组成了一个封闭的基本方程组。然后将研究对象划分为

11、数以万计的控制体, 在控制体中通过数值求解这些方程组来获取所求参数以了解火灾的发展过程。通过比较两种模型的优缺点, 可以看出探求油罐火灾的规律应采用场模拟的方法。其原因在于:首先, 人们需要了解油罐火灾的燃烧机理, 在这方面由于区域模型含有较多的经验内容, 不能很准确地模拟火焰内部和火焰附近的情形;其次, 由油罐燃烧的特点可以看出, 油罐火焰对外界的辐射非常大, 对相邻油罐和其他易燃物品危害性很大, 人们需要模拟出火焰对外界的影响, 而区域模型对此无能为力;最后, 由于现在计算机技术的高速发展, 应用场模拟的限制已经很小, 且场模拟能够非常准确地描述整个火灾发展的过程和其对外界的影响。笔者旨在

12、从现有的场模型中选出适于模拟油罐火灾的模型, 以便对油罐火灾的特点和其辐射规律作进一步的研究。4当前火灾模型的比较笔者搜集了当前最新的17种场模型26, 其基本情况如表1所示。表1当前最新的火灾场模型简介模型名称创建者&机构国家编写语言价格ALOFT 2FTK evin Mc. Grattan , Howard Baum , Doug Walton , NIST 美国Fortran 77免费CFX AEA Technology plc.英国Fortran AFDS K evin Mc Grattan , G lenn Forney , NIST美国Fortran 90免费FIRE J.

13、 H. K ent ,Department of Mechanical Engineering ; University of Syd 2ney NSW 2006Australia澳大利亚Fortran B Fluent Willis Stein &Partners , a leading private equity investment firm 美国-A JASMIN E Suresh Kumar (Dr , Stewart Miles , Richard Chitty ,Building Research Establishment英国Fortran 77/90AK amele

14、on FireEx developed at SIN TEF Energy Research AS ;挪威Fortran 77and C未定KOBRA 23D Dr. Volker Schneider , I. S. T. Integrierte Sicherheits Technik GmbH , Frankfurt /M. , G ermany德国C +29,850, -DMMEFE葡萄牙Fortran 77B Modified UNDSAFE K. Satoh (Fire Research Institute of Japan , K. T. Y ang (University ofNo

15、tre Dame , J. R. Lloyd (Michigan State University 美国/日本Fortran -PHOENICS Professor D. B. spalding ,CHAM Ltd英国Fortran/C +A RMFIRE G eorge V. Hadjisophocleous , National Fire Laboratory , Institute for Re 2search in Construction , National Research Council of Canada加拿大ANSI Fortran 77BSMARTFIRESMARTFIR

16、E development Team ,FSEG , The University of Greenwich英国C +U K 300092第一期杨君涛等:基于油罐火灾数值模拟的模型选取与分析续表模型名称创建者&机构国家编写语言价格SOFIE Dr. P. Rubini , Cranfield University , U K美国/瑞典Fortran/C 科研用途100SOLV EN T Massachusetts Highway Department ; Innovative Research , Inc. ; ParsonsBrinckerhoff Quade &Dougla

17、s , Inc.美国Fortran/C +820SPLASH A. J. G ardiner , L. A. Jackman ,FRS &SouthBank Polytechnic 英国Fortran 77-STAR -CDComputational Dynamics Ltd英国FortranA注:A视应用情况而定;B 研究模型未投入商用。在此基础上, 对17种模型的基本特点和应用范围进行了比较和分析, 其结果如表2所示:表2各模型基本特点及应用范围火灾模型名称基本特点应用范围ALOFT 2FT(A Large OutdoorFire plume Trajectory 2Flat Te

18、rrain 该模型主要计算有风条件下, 大型室外火灾烟气的上升与扩散的规律, 并可预测烟气颗粒和燃烧产物在下风向的分布情况。大量实验的测量和观察表明, 下风向的烟气分布是由气象、火灾参数、地形等几个因素共同影响的。为了模拟烟气羽流及其与周围环境的关系, NIST 开发了这个模型。该模型通过计算最基本的流体动力学方程来获得顺风、侧风情况下竖直方向的等浓度线及其变化规律。有风条件下的室外大型火灾CFXCFX 是一款模拟火灾过程、气体扩散和爆炸现象的通用流体动力学软件。它可以用来分析火灾动力学、烟气的运动以及火灾的结构和灭火措施等方面的内容。CFX 具有以下一些特点:使用了贴体坐标系统、自动生成网格

19、系统和开放的混合网格, 能够获得稳态和非稳态条件下的热传递和质量传递规律, 而且还包含有多种湍流模型(K 2模型、RN G 模型、雷诺应力模型等 。该软件还具有并行计算能力、计算固体区域热传递、模拟音速和超音速流以及多相流等功能。室内外多种环境中的火灾、气体扩散和爆炸FDS(Fire Dynamics Simulator FDS 是一种基于大涡模拟的火灾模型。它采用数值方法, 求解一组描述热力驱动的低速流动的N -S 方程, 重点计算火灾中的烟气流动和热传递过程, 同时可以专门模拟喷淋装置和其他一些灭火装置的工作过程。该模型用于防排烟系统和喷淋/火灾探测器启动的设计, 另外还适用于各种住宅火灾

20、和工业火灾。通过这几年的发展,FDS 解决了大量消防工程中的火灾问题, 同时还为研究基本的火灾动力学和燃烧提供了一个工具。与火灾有关的多种流体流动现象FIRE该模型能够预测稳态和非稳态下的流动形式、速度场、气体组分浓度、烟气扩散、温度场、燃烧过程、颗粒羽流以及计算对流换热和热辐射换热, 同时还可以模拟水喷淋装置的灭火效果。固体、液体燃料火灾, 考虑喷淋作用的火灾FLU EN TFLU EN T 是一种通用的流体动力学计算软件, 其设计基于“CFD 计算机软件群的概念”, 针对每一种流动的特点, 采用各种合适的数值解法以求得在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。它将不同领域的计算软件组合起来,

21、 成为CFD 软件群, 从而高效率地解决了各个领域的复杂流动计算问题。每种不同的软件都可以计算流场、传热和化学反应, 在各软件之间可以方便地进行数值交换, 各种软件采用统一的前后端处理工具。FLU EN T 对每一种物理问题的流动特点, 有其适合的数值解法, 用户可对显式或隐式差分格式进行选择。各种不同流场, 传热过程和化学反应的模拟计算JASMIN E (Analysis of Smoke Movement In Enclosures 该模型经过20多年的发展、验证和改进, 计算内容包含了与烟气运动相关的许多关键过程, 如浮升力、对流、湍流流动、卷吸、燃烧和热辐射等。该模型通过模拟火灾对外部

22、环境所造成的影响来评估灭火设施的设计问题, 比如防排烟系统、HVAC (暖通空调系统 和其他消防设备的相互作用等问题。同时该模型能够预测封闭体内气体的特性参数随时间和空间的变化规律, 主要有温度、密度、压力、速度以及边界温度、对流和辐射对固体边界的热反馈以及通风效果等。该模型除了能模拟室内的烟气运动外, 还能模拟在不同风力和气候条件下室外火灾的烟气扩散规律。封闭空间内的火灾, 现在可延伸到大空间火灾方向, 比如前室、医院、体育馆、仓库和隧道等场合, 还能应用于核电站、交通工具和航船上KAMEL EONFireExK ameleon FireEx 是用来计算狭窄或开阔的三维空间内的温度、气体浓度

23、、烟灰浓度和辐射场的模型。该模型也可以模拟固体表面的热反应和水喷雾系统的冷却和灭火效果。此外该模型可以与有限元软件USFOS 联合起来使用以计算火灾中其他物体的结构变化和应力分析。三维空间的火灾KOBRA 23D KOBRA 23D 是一个用来模拟烟气扩散和热量传递的三维火灾模型。该模型最初的目的是用来计算海面上的碳氢化合物池火, 现在已被用来计算复杂几何条件下的火灾过程和烟气扩散。模型的求解基础是来源于著名的改进的SIMPL E 算法, 从中获得三维非稳态流体动力学平衡定律, 并包含了不同的子模型, 如热传递模型、火焰模型、探测反应模型和烟气与喷淋系统交互作用模型等。该模型可以计算局部区域的

24、温度、压力、密度、烟气密度和气体成分浓度等特性参数。建筑火灾03中国安全科学学报China Safety Science Journal 第14卷2004年续表火灾模型名称基本特点应用范围MEFE (Model for the prediction of smoke flow in buildings MEFE 模型可以模拟封闭空间内火灾的烟气流动。火灾中的烟气流动是由浮升力驱动的, 由此产生的紊流也加强了传热效果。该模型使用标准的浮力修正k -模型来模拟湍流, 并采用了有限容积法和交错网格来预测瞬时燃烧现象。同时该模型还通过计算传递方程来获得湍流的速度、比焓和动能以及热释放速率。封闭空间内火

25、灾ModifiedUNDSAFE 使用三维的有限差分格式预测大空间和封闭空间内的火灾发展规律。输入相应的边界条件、初始条件, 得到等温线、等压线和风速分布等结果。封闭空间开口处的烟气扩散、隧道、以及建筑物窗户对窗户之间的火焰传播等PHOENICS (Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration CodeSeries PHOENICS 是一款在学术和工业上应用非常广泛的通用CFD 软件。它可以模拟单相流和多相流的流体流动、传热传质、化工反应和燃烧等现象, 其包含的湍流模型、多相流模型、燃烧与化学反应模型等相当丰富。PHOENICS

26、的边界条件设置也很有特点, 是以源项的方式给定的。另外这个软件附带了从简到繁的大量算例, 一般的工程应用问题几乎都可以从中找到相近的范例, 用户再作一些简单修改就可直接应用, 所以能给用户带来极大方便。以低速流输运现象为主要模拟对象, 主要应用在航空、化工、发电、生物医药、HVAC 、健康与安全、和自动化、防卫、环境等领域RMFIRERMFIRE 是一款计算室内火灾烟气瞬时运动规律的二维场模型, 通过计算控制方程来模拟房间内火灾的非稳态烟气运动和热传递, 获得烟气的温度、速度和压力值随时间的变化规律。为了充分考虑房间的不规则性, 使用了贴体坐标系统。室内火灾SMARTFIRE SMARTFIR

27、E 是一款计算多室火灾的CFD 软件, 包括三部分:CFD程序、用户界面和专家系统。该软件可模拟单室或多室条件下紊流浮力型热烟气, 并采用了非结构式控制容积求解技术。火焰既可被描述为一个倾斜的、可预先定义大小的容积热源, 也可以通过一个带有烟源模型的涡旋耗散模型来体现。热辐射可使用放射性模型、增强的六通量模型或多射线辐射模型来模拟。使用带浮力修正的k -方程模型来模拟紊流, 对于压缩性和非压缩性流体都可以计算。多室火灾SOFIE(Simulation of Fires in Enclosures SOFIE 使用有限容积法来求得N -S 方程的雷诺解。在计算中, 该模型应用了通用的非直角坐标系

28、和一个压力修正程序, 并且使用带有浮力修正的k -双方程模型模拟湍流过程。燃烧过程使用旋涡破碎模型(EBU 或PDF (概率密度函数 层流火焰模型来模拟。辐射换热是通过一个离散的灰体换热模型来处理的。封闭空间内的火灾SOLV EN TSOLV EN T 可以模拟隧道中的流体流动、热传递和烟气扩散, 并做了一些专门的设计以便能对不同安装位置(水平和垂直方向 的通风系统进行模拟。该模型的主要目的就是通过模拟带通风系统的隧道火灾来划定隧道内的危险区域。此外, 该模型还能预测火灾在这些区域的危害性以及通风系统的配置、能力和管理对这些区域的影响。隧道, 狭长空间火灾, 尤其适用于带通风系统的场所SPLA

29、SH(Sprinkler Layer andSubtracted Heat SPLASH 是一种准场模型, 可以用来模拟水喷淋系统与火灾烟气的相互作用。该模型能够计算烟气和水喷淋系统之间的热量传递, 并可细致模拟喷头的全部作用区域。同时该模型还可以预测当烟气层穿过喷头作用区域时水喷淋系统对烟气层物理参数的影响、水喷淋系统控制区域内热传递的变化和水喷淋系统对烟气浮升速率的影响等。模型的计算建立在以下假设之上:烟气层和喷头离火源较远、模拟条件为稳态、忽略对墙壁的热损失、从一个喷淋区释放出来的烟气在进入下一个喷淋区前已被均质化等, 同时计算中考虑了液滴的蒸发规律。室内火灾, 充分考虑到了水喷淋系统的

30、作用STAR 2CDSTAR 2CD 是一款通用的开放性的CFD 软件, 它包含了许多模拟火灾和烟气运动的工业标准模型。该模型可以较容易的模拟和解释复杂情况下的火灾, 所以它可以模拟不同类型建筑的火灾和烟气运动。在计算中, 该模型采用了大量的物理模型, 例如, 为了模拟湍流,STAR -CD 采用了标准k 2模型、非线性k 2模型和大涡模拟模型; 同时使用热源法、旋涡破碎模型(EBU 等方法来描述燃烧; 利用离散传播法来模拟辐射换热等。各种建筑火灾, 在汽车工业中广泛应用于内燃机计算从表1和表2中可以看出,SOFIE (室内火灾模拟模型 ,RMFIRE ,MEFE (建筑火灾烟气流动预测模型

31、, KOBRA -3D , K AMEL EON FireEx ,SMARTFIRE , Modified UNDSAFE等模型主要是用来模拟室内火灾的; SOLV EN T 模型用来模拟隧道火灾; 通用软件STAR -CD 主要用在模拟建筑火灾和内燃机的计算方面;SPLASH (喷淋系统与烟气相互作用软件 则是用来模拟水喷淋系统和火灾烟气的交互作用。经分析认为, 模型ALOFT -FT (大型室外火灾烟羽流预测模型 ,FDS (火灾动力学模拟软件 ,CFX , FLU EN T , PHOEN ICS (抛物线型、双曲线型、和椭圆型方程数值计算程序组 ,JAS 213第一期杨君涛等:基于油罐

32、火灾数值模拟的模型选取与分析MIN E (室内火灾烟气流动分析模型 ,FIRE 可以用于模拟油罐火灾。5对于油罐燃烧CFD 模型的筛选与分析5. 1ALOFT 2FT 模型和FIRE 模型由表2可以知道, 用ALOFT 2FT 模型来模拟油罐火灾时, 只能够得到火灾烟气在其下风向的变化规律和烟气对远处环境的影响, 而不能得到火灾烟气的温度分布和辐射分布, 因此, 不能深入剖析油罐火灾的内在机理和发展规律; 对于FIRE 模型, 可以模拟油罐火灾, 但是它现在还没有发展成熟, 只是一种研究模型, 尚需得到更多的验证。5. 2CFX 、FL UENT 、PH OENICS 模型CFX ,FLU E

33、N T , PHOEN ICS 是3种通用CFD 软件。通用软件的数学模型其组成都是以纳维-斯托克斯方程组与各种湍流模型为主体, 再加上多相流模型、燃烧与化学反应流模型、自由面流模型等, 大多数附加的模型是在主体方程组上补充一些附加源项、附加输运方程与关系式。可利用这些软件来进行油罐火灾的数值模拟。但也存在一些不足:通用软件在计算火灾方面比较薄弱, 缺乏专门的火灾模块, 针对性不强, 所得结果与实验数据误差较大, 另外这些软件条件设置比较复杂, 使用成本较高, 在某种程度上也限制了它们的使用。5. 3JASMINE 模型JASMIN E 模型7是由英国火灾研究站(Fire Research S

34、tation , FRS 在计算流体动力学模型PHOEN ICS 的基础上开发出来的、专用于火灾过程场模拟计算的模型, 可应用于油罐火灾。科学家8通过实验对JASMIN E 模型进行验证时发现:JASMINE 的温度预测比较准确, 但其在接近火焰边界和火焰羽流区温度的计算准确度较差。这种偏差主要由以下3个因素引起:第一, 火焰的辐射没有模拟, 导致大量的辐射换热没有进行计算, 造成温度值偏差较大;第二, 如果使用的网格比较粗糙, 会造成计算的数据误差较大, 尤其是在靠近火焰边界和火焰羽流区;第三,JASMIN E 使用的燃烧模型较少, 而且不太准确。正是由于这些原因, 用JASMIN E 模型

35、来模拟油罐火灾时, 人们不能够充分了解火焰周围的情况和火焰辐射对外界的影响。5. 3FDS 模型FDS 是一种采用了大涡模拟方法的场模型。大涡模拟是近年发展起来的一种很有应用前景的研究紊流的数值计算方法, 它的基本思想是:紊流流动是由许多大小不同的旋涡组成, 即大涡和小涡(大、小尺度涡旋 。大涡对平均流动有比较明显的影响, 各种变量的紊流扩散、热量、质量、动量和能量的交换以及雷诺应力的产生都是通过大涡来实现的; 而小涡主要对耗散起作用, 通过耗散脉动来影响各种变量。大涡模拟把紊流中大涡和小涡分开处理, 大涡通过Navier 2Stokes 方程直接求解, 小涡可通过亚网格尺度模型,建立与大涡的

36、关系对其进行求解。如果所采用的亚网格尺度模型合适, 大涡模拟可以得到真实的瞬态流场且精确度相当高, 而计算工作量比直接数值模拟却小得多, 在目前情况下, 更有实际意义9。大涡模拟是现有条件下模拟高雷诺数的紊流流动的最佳方法, 将大涡模拟应用在火灾过程的数值研究已经得到了很大的发展。另外FDS 软件中附带一些实例, 可用来计算油罐火灾, 而且能描述燃烧对相邻油罐和周围环境的影响。笔者利用FDS 模拟了一个14m 直径油罐的着火过程, 油品为汽油, 单位面积的热释放速率为2275kW/m 2。经过计算可以得出油罐燃烧过程中的温度场、速度场以及燃烧产生气体的浓度场等特性参数, 并可算出着火油罐周围辐

37、射热衰减规律, 与实验值相比较, 准确度较高。图1和图2分别为燃烧过程中的温度分布情况和烟粒子分布情况图 。图1 油罐中心面的温度分布图2油罐中心面的烟粒子分布在计算过程中, 也发现FDS 存在一些不足:FDS 中设定热释放速率的选择较少, 热释放速率对燃烧来说是一个非常重要的参数, 能够决定燃烧的特性和发展方向, 所以多提供几种设定热释放速率的方法可以更好地模23中国安全科学学报China Safety Science Journal 第14卷2004年第一期 杨君 涛 等 : 基 于 油 罐 火 灾 数 值 模 拟 的 模 型 选 取 与 分 析 拟燃烧过程 ; FDS的 基 本 数 据

38、库 比 较 小 , 需 要 提 供 更 多 燃 料 的 数据 ; FDS不能进行并行计算 ; FDS模型才发展不久 , 需要进行更多的验证 , 尤其是 对热释放速率预测的验证 .FDS 的最新版本 FDS4 ( 2003 年 11 月 在燃烧与辐射模型 , 初始条件与边界条件的设定等方 ·3 3 · 括火焰高度 , 火焰温度及对周围的热辐射规律为依据 , 筛选 了 17 种常用的可计算火灾过程的场模型 , 并对其特点和应 用范围进行了阐述 ,得到了如下结论 : (1 初步筛选了 7 种可以用来模拟油罐燃烧的火灾模 面进行了较大的改进 ,使结果更加精确可靠 . 综上所述 ,笔

39、者通过对这几种适于油罐火灾的模型优点 与缺点进行了比较 ,可以看出 FDS 模型较为适合于模拟油罐 火灾 ,能够得到比较客观反映油灌火灾的现场实用结果 , 即 油罐火灾的烟气运动和其对外界辐射的影响 . 6 结 论 笔者以油罐火灾安全性模拟所需要的特性参量 ,主要包 ( 收稿 :2003 年 10 月 ; 作者地址 : 河北省廊坊市 ; 中国人民武装部队学院消防指挥系灭火技术教研室 ; 邮编 :065000 参 考 文 献 1 范维澄 ,王清安等 . 火灾学简明教程 M . 合肥 : 中国科学技术大学出版社 ,1995 2 Abderrazzaq Bounagui , Noureddine B

40、é nichou , Literature Review on t he Modeling of Fire Growt h and Smoke Movement R , Research Report 139 , Institute for Research in Construction , National Research Council Canada , 2003. 8 3 www. firemodelsurvey. com/ fieldmodels. html 4 Olenich S. M. and D. J . Carpenter , An Updated Interna

41、tional Survey of Computer Models for Fire and SmokeJ , Journal of Fire Protection Engineering. Society of Fire Protection Engineers , Bet hesda , MD ,2003 ,13 ( 5 :87110 5 Friedman , R. , An International Survey of Computer Models for Fire and Smoke J , Journal of Fire Protection Engineer2 ing , 199

42、2 ,4 ( 3 :8192 6 霍然 ,袁宏永 . 性能化建筑防火分析与设计 M . 合肥 : 安徽科学技术出版社 ,2003 7 Cox , G. and Kumar , S. , Field Modeling of Fire in Forced Ventilated EnclosuresJ , Combustion Science and Technology , 1986 ,52 ( 7 8 Cox , G. , Kumar , S. and Markatos , N. C. , Some Field model Validation StudiesJ , Proc. First In

43、ternational S ymp . Fire Safety Science , 1985 , ( 11 :159171 9 赵坚行 . 燃烧的数值模拟 M . 北京 : 科学出版社 ,2002 型 : ALOF T - F T , FDS , CFX , FL U EN T , PHO EN ICS , JAS 2 M IN E , FIRE ,并简单分析了利用它们计算油罐火灾的可行 性及效果 . ( 2 通过比较可以认为 FDS 是一种比较适于模拟油罐 火灾的模型 ,具有计算速度快 , 准确度高 , 能够较逼真地再现 据较少的不足 ,有待进一步完善 . 火灾过程及火灾对周围环境的影响等优

44、势 ,但也存在基本数 ( 3 利用 FDS 进行了油罐火灾实例的计算 ,可以得出油 罐燃烧过程中的温度场 , 速度场以及燃烧产生气体的浓度场 了较为客观的 , 满意的结果 . 等特性参数 ,并可算出着火油罐周围辐射热衰减规律 , 得到 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 王 林 泽 副 教 授 , 工 学 硕 士. 1953 年9 月生 ,2001 年前为兰州交 通大学教师.2000 年8 月2001 年 3 月 ,于 美 国 佛 罗 里 达 中 央 大 学 ( UCF 做 高 级 访 问 学 者 , 2001 年 8 月至今在杭州电子工业学院从事 付 胜 北京工业大学机械工程 与应用 电 子 技 术 学 院 副 教 授 , 博 士 .1961 年 出 生 , 山 西 大 同 人 , 1987 年和1990 年毕业于西安交通 大学 , 分 别 获 学 士 和 硕 士 学 位 ; 2002 年毕业于中国矿业大学机械 与材料工程学院 , 获博士学位 .主 要从事机械基础课程教学和特种加工技术 , 特别是 高压水射流技术的研究 , 在 煤炭学报 等核心期刊 和国内外学术会议上发表论文15 篇 . 教学与科研工作.主要研究领域为