建筑火灾FDS趋于模拟范例.docx

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(1) 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。(2) 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。(4) 提取FDS计算结果中的火焰高度，并与Hekestad经典模型进行对比。(5) 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1m*1m*0.5m，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0.6m2.2m之间每隔0.1m布置一个温度监测点，在2.4m12.2m之间，每隔0.2m布置一个温度监测点，在12.7m26.2m之间每隔0.5m布置一个温度监测点。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： 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：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40C。烟气厚度也随着时间的推移逐渐增大。以下为水平高度为1.8m处在10s，40s，110s以及150s烟气层温度的截图： 观察截图可以发现，在水平高度为1.8m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6C左右。CO浓度随时间变化的截图：以下为竖直X方向在10s，40s，110s以及150s时CO浓度的截图： 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浓度变化较小，随着时间推移，变化逐渐明显。以下为竖直Y方向在10s，40s，110s以及150s时CO浓度的截图： 观察截图可以发现在150s时CO浓度已经较高，并且空间上部4/5的区域都被CO充满。以下为水平高度在1.8m处在10s，40s，110s以及150s时CO浓度的截图： 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*10-8mol/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：以下为竖直X方向在10s，80s，110s以及150s时能见度随时间变化的截图： 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： 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28m。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18m20m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1.8m处，10s，80s，110s以及150s时能见度随时间变化的截图：观察截图可以发现，在水平高度为1.8m处，在150s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。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。烟气层高度如图所示为FDS和CFAST的烟气层高度模拟对比图：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。平均温度截取了几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850C，明显高于CFAST模拟出的260C。以下为1.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图：以下为1.5m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：以下为8.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图：以下为12.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图：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：以下为24.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图：以下为26.0m高度FDS与CFAST模拟出的温度变化图： 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时的中心线竖直温度分布Zukosi羽流模型me=CeQP13(Z-Z0)53Z0=-1.02D+0.083QP25T=QPmeCe使用条件为：Z10*D查得在常温常压下：CP=1.003kJ/kgK, =1.293kg/m3 故：Z0=-1.02*1.0m+0.083*200025=0.716m将数据带入计算并且分别绘制Zukosi与FDS的图样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T=9.1A23T0gQC2/3Z-Z0-5/3其中：A=gCPT00, Z0=0.083QC2/5-1.02D=0.716m 查得在常温常压下：CP=1.003kJ/kgK, 0=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：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羽流模型图中横纵均为对数坐标，横坐标为Z/Q0.4，纵坐标为T。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=0.23QC2/5-1.02D在7QC2/5/D700范围内适用，实验模拟的QC=2000kW,D=1m,故QC25/D=200025/1=20.91处理FDS的计算结果，得出平均温度继而算出平均火焰高度,