浅析FDS火灾模拟软件及应用.docx

天津理工大学

安全检测课程学习报告

浅析FDS火灾模拟及应用现状

姓名：张志魁学号：123140301

学院：环境科学与安全工程学院

专业：安全技术与工程_

班级：2012级研究生_

2013年9月1日

浅析FDS火灾模拟及应用现状

摘要：FDS（FireDynamicsSimulator）是火灾模拟中一款重要的软件，它根据建筑和火灾的特性，以简单直观的形式动态的显示出火灾发展的全过程，并通过计算获得较为准确的火灾信息的相关参数，例如，烟气的流动，有毒气体的浓度，温度场的分布以及热辐射等。本文概述了FDS在不同建筑和火灾场景中的应用现状，并结合相关火灾实例证明FDS火灾模拟软件在较为可信的准确性，另外，对FDS在火灾模拟方面提出了笔者的相关意见和建议。

关键字：火灾模拟；FDS；应用现状

0前言

近些年，计算机技术的飞速发展，引导了科学领域的各个方面，成为科研深讨中不可或缺的工具。其中，计算机模拟和仿真技术已经成为火灾科学研究重要手段，各种火灾模拟软件也在不断的涌现,比较有名的火灾模拟软件有FDS,CFAST和FA3等[1]。FDS(火灾动力模拟)是由美国国家标准局建筑火灾研究实验室开发的基于场模拟的火灾模拟软件,在火灾安全工程领域中应用十分广泛[2]。FDS是一个由CFD(计算流体力学)分析程序开发出来的专门用于研究火灾烟气传播的模型,可以模拟三维空间内空气的温度、速度和烟气的流动情况等[1]。

1FDS计算步骤

FDS火灾模拟软件包含FDS和SomkerView2部分。FDS是软件的主体部分,主要完成模拟场景的构建和计算,而SomkerView是FDS计算结果后处理程序,它既能处理动态数据也能显示静态数据,并将这些数据以二维或三维形式显现出来。模型的输入数据包括:空间环境温度,建筑内物品的燃烧性质,灭火系统的影响,烟气的性质,是否考虑某些障碍物的影响,为收集有用数据所需的模拟时间,网格划分(计算精确度),所需要测量的数据类型及位置,火源种类及初始温度等。FDS计算结果二维数据随时间变化的数据输出格式为OfficeExcel程序格式,可以通过各种数据处理软件进行处理。三维图形直接通过SmokeView的程序进行处理,并可得到动画效果短片在FDS中,可以设置“切片”,或贯穿整个控制体的断面,通过这个断面或切片可以使用户直观地观察气体内的温度分布、毒气分布、烟气分布，图一描述了FDS和Smokeview使用的基本流程：

使用FDS和Smokeview的一般步骤:

①建立一个FDS输入文件case-name1d2ata。FDS的输入文件包括以下信息:计算域的大小、数字栅格的大小、计算域内物体的几何形状、火源的设定、燃料类型、热时放速率、材料的热物性、边界条件等。

②运行FDS,然后FDS生成一个或多个输出文件。FDS的输出参数主要是密度、温度、压力、热释放率、燃烧产物的浓度、混合分数以及热流和辐射对流等。计算中想要得到什么参数的数据,在哪个位置的数据,计算前必须在输入文件中提前设定,一旦开始计算就无法进行更改。FDS数据的输出主要有以下几种形式:

体时，必须以分解为多个立方体的方式来建构，目前，研发组正在需求采用更高阶的数值处理方法来改善其物理模型的建模。(2)为提高大梯度区域内的求解精度，需要使用更加高效的算法来求解输运方程，目前由于采用二阶有限差分方法求解雷诺时均方程，FDS对火场内速度及温度模拟的准确度一般约在80%～90%。(3)大空间内多重网格边界上的不连续性对FDS目前使用的压力求解器造成了很大的障碍，降低了其求解速度，需要开发新的低马赫数下大涡模拟的自适应网格划分方法，并提高新算法在大型计算机群上并行求解的效率。(4)对于灭火过程模拟依然比较粗糙，使用的是一个所谓“氧气极限”的简单经验模型，对于火场中的二次点燃、火焰自熄等复杂现象还无法模拟。韩凯旋等[19]基于FDS地铁火灾烟气蔓延数值模拟研究，：为了有效解决地铁隧道火灾时烟雾分布对人员疏散的影响问题，以西安地铁2号线为研究对象，针对火灾列车停留在隧道中的火灾工况，重点研究不同规模火灾条件下隧道温度、烟雾蔓延范围、可见度等参数的分布情况及变化规律。根据该隧道特定的内部几何构造，建立FDS仿真模型。利用该软件对隧道开展数值模拟研究，获得了隧道火灾发展及烟气蔓延的一般性规律。

杨凯等基于FDS的木成涧煤矿井下火灾数值模拟中，针对矿井火灾逃生困难的问题，以木成涧煤矿矿井为背景，利用FDS软件建立其通风系统的三维模型，通过在巷道安装探测器来