建筑火灾FDS趋于模拟范例

1、建筑火灾安全工程学导论大作业-FDS火灾场景如下：某高大空间内烟气的充填。尺寸：22.4m （长）*12m （宽）*27m （高）火源位置：房间中央火源功率为：2MW,稳定功率燃烧燃料为庚烷，壁面材料自行设定（l）FDS输出通过火源中心的竖直截面和1.8m高度处的水平截面内的 烟气层温度、CO浓度及能见度随时间的变化的截图，可根据个人 需要增加考虑的截面。提取FDS和CFAST的计算结果，进行烟气层高度（可用温度代替） 和平均温度随时间的变化的对比。（3）提取FDS计算结果中火羽流中心线的竖直温度分布，并与Zukoski, Hekestad, McCaffrey经典羽流模型进行对比。提取FDS

2、计算结果中的火焰高度，并与Hekestad经典模型进行对 比。FDS请附输入文件语句源码。FDS模拟环境简要介绍由于设置网格的需要，所以将尺寸改为了 22.5m （长）*12m （宽）*27m （高）网格设计为0.125m*0.125m*0.125m,网格总书目为180*96*216=3732480,由于网格总数 目较多，所以模拟时间为154s在房间中央建立坐标系，即取房间地面中间点为（0,0,0）。燃料设计为布置在方将中央位置。对于温度的检测共布置了三组温测点， 在燃料正上方之间每隔0.1m布置一个温度监测点，在2.4m“12.2m之间，每 隔0.2m布置一个温度监测点，在之间每隔0.5m布

3、置一个温度监测点。一、FDS输出通过火源中心的竖直截面和1.8m高度处的水平截 面内的烟气层温度、CO浓度及能见度随时间的变化的截图, 可根据个人需要增加考虑的截面。烟气层温度截图以下为竖直X方向在10s,40s, 110s以及150s的烟气层温度截图:Slicetemg37033530026523019516012590.055.020.0Slice器370335.300265230区.16012590.0 55.0120.0观察截图可以发现，随着时间的增加，整个空间的温度逐渐升高，烟气层由 上到下逐渐增厚。以下为竖直Y方向在10s, 40s, 110s以及150s的烟气层温度截图：Slic

4、e观察截图可以发现，随着时间的推移，空间的整体温度由上到下逐渐升高, 但增大的幅度不太明显，大约40 Co烟气厚度也随着时间的推移逐渐增大。以下为水平高度为l.8m处在10s, 40s, 110s以及150s烟气层温度的截图:Slicetemp26.0 _25.4 24.824.223.623.022.421.821.2_20.6 M20.0*观察截图可以发现，在水平高度为l.8m处，烟气温度在150s内呈现火焰处 较高，其他位置变化较小的状态，其变化的幅度约为6。C左右。CO浓度随时间变化的截图:观察截图可以发现，CO浓度的变化趋势和烟气层温度变化趋势基本。在40s以 前，空间co浓度变化较

5、小，随着时间推移，变化逐渐明显。观察截图可以发现在150s时CO浓度巳经较高，并且空间上部4/5的区域都被 co充满。以下为水平高度在l.8m处在10s, 40s, 110s以及150s时CO浓度的截图:Slice X_CO mol/tnol K10A-87 506.756.005.254 503.753.002.251.500.750.00观察截图可以发现，在1.8m高度处CO浓度在150s内变化不大，变化范围在7*10A-8mol/mol火焰正上方CO浓度维持较高水平，其余部位浓度均较低。能见度随时间变化的截图:Slice VlS.Soot m2S.025.523.020.518.015.

6、513.010 58.005.503.00SliceVlS.Sootin28.025.523.020.518.015.513.010.58.005.503.00观察截图可以发现，在10s时，空间内大部分区域能见度较高，大约为28m。当达到80s时，由于烟气的逐渐积累，空间上部的能见度有所下降。随着时间的推移，烟气层厚度逐渐增加，整个空间上部的能见度降低。以下为竖直Y方向在10s, 80s, 110s以及150s时能见度随时间变化的截图:swvis.scotin28.025.523.020.518015.513.010.58.0D5.503 00$1粉VIS Sootfi28.025.523.0

7、20.518.015.513.010.56.0D5.503.0D观察截图可以发现，在10s时，除了火焰正上方区域能见度较低外，其余部分能见度均在28mo当达到80s时，上方的烟气层增加造成能见度有所下降，当达到110s时，空间上部约1/2的区域能见度显著下降，处于18m-20m之间。当达到 150s时，空间约3/4的区域能见度为13m左右。下为水平高度在l.8m处，10s, 80s, 110s以及150s时能见度随时间变化的截图:SliceVlS.Sootm28.025.523.020.518.015.513.010.58.005 503.00观察截图可以发现，在水平高度为1.8m处，在150

8、s的时间内能见度变化 不大，由于烟气没有累计到这一高度，所以在模拟的时间范围内能见度维持 在 28m o二、提取FDS和CFAST的计算结果，进行烟气层高度和平均温度 随时间的变化的对比。气层高度如图所示为FDS和CFAST的烟气层高度模拟对比图:time (1)smoke -!Q)yehe-ghLcfasiSPMO)2 3- Moes观察图形可以发现FDS (黑色圆点所示)的烟气层高度一开始降低较快，后来 逐渐成稳定态维持在1520m之间，而Cfast模拟结果为持续降低走向。两者有 一定差别。平均温度截取了儿个不同高度的水平界面，在这些平面上进行FDS与CFAST模拟出的 温度随时间的变化趋

9、势。以下为0.5m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:蓝色图线为CFAST模拟结果，黑色图线为FDS模拟结果。观察图形可以看出 FDS模拟结果稳定的很快，并且模拟出的最高温度约为850 C,明显高于CFAST 模拟出的260 Co200006008001000tme (1)200204060 W 100120 UO U0tme (1)以下为l.5m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:以下为2.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:以下为4.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:I， I， I， I， I, I， I, I， I， II 1202002040 GO S

10、O 10012014016。200400600600他。（1）20020406080100120140160Y AX0T_H400GOOB001000Y2_3Tsetrne d、以下为12.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:tne mtme以下为16.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:以下为20.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:tme (1)I me (1)以下为24.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图:2002040 S 30100120140160tme (1)2004005WBOO 1000tine 以下为26.0m高度FDS与CFAST模

11、拟出的温度变化图:对比以上的FDS与CFAST的模拟结果可以看出，随着竖直方向高度的增加，两者 模拟的结果逐渐接近。在持续火焰区和间歇火焰区模拟出的差别较大，在浮力羽 流区模拟出的结果较为相似。三、提取FDS计算结果中火羽流中心线的竖直温度分布，并与Zukoski, Heskestad, McCaffrey经典羽流模型进行对比。提取FDS模拟24.6S时的中心线曝直温度分布Zukosi羽流模型A5me = CeQ (Z - Zq)32ZQ = -1.02D + 0.083 10*D查得在常温常压下：Cp = 1.003kJ/kg K, Ps = 1.293kg/m3故：2Zo = -1.02

12、* 1.0m + 0.083 * 2000? = 0.716m将数据带入计算并且分别绘制Zukosi与FDS的图样120 一100 一50 -S60 -LL40 -2010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 270heightZukosk一图中蓝色的曲线代表Zukoski羽流模型，黑色的曲线代表FDS模拟的结果，观 察图形可以发现大体趋势耦合较好。Heskestad羽流模型AT = 9.1（牛qHz - Z（）-5/3 其中：gCpToPoZo = 0.083Q?S - 1.02D = 0.716m查得在常温常压下：Cp = 1.0

13、03kj/kg K, p0 = 1.293kg/m3将数据带入计算并且分别绘制Heskestad与FDS的图样Heskestad模型与FDS模拟计算结果如下图所示:10000100008000 -.1 heskostadCIdsC6000 -4000 -2000 -9000. 80007000-6000-5000*4000 S3000-2000-1000010152025-100030height观察图线可以发现，在浮力羽流区Heskestad模型与FDS计算结果耦合较 好，在间歇火焰区耦合有一定差距，在连续火焰区的耦合有较大差距， Heskestad模型的数值较高。McCaffrey羽流模型一 10001000 一100 一FB-McCaffrey fdsC0.01一 100Z/QA0.4图中横纵均为对数坐标，横坐标为Z/QA0.4,纵坐标为AT。图中红色虚线为McCaffrey的经典羽流模型，蓝色曲线为FDS的计算结果，比 较发现趋势相近。四、提取FDS计算结果中的火焰高度，并与Heskestad经典模型 进行对比。根据Heskestad的经典模型可得火焰高度与燃烧池的关系为：L= 0.23Q笋-1.02D在7vQ；/S/Dv700范围内适用，实验模拟的Qc = 2000klV,D=lm,故32Q/D = 20005/