数值模拟论文

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1、基于FDS的高校宿舍火灾数值模拟研究摘要：建立了一个简化的高校宿舍空间模型，采用美国国家标准和美国技术研究院(NIST)开发的FDS软件，建立火灾模型，对宿舍火灾进行全尺寸模拟，通过模拟实验给出了火灾发生过程中烟气运动、温度变化和氧气浓度变化的规律，最后提出了灭火方案，并进行模拟和验证，为高校制定消防安全对策提供了有力的依据。关键词:高校宿舍；FDS模拟；灭火方案；消防安全对策Abstract:Asimplifyuniversitydormitoryspacemodelbeestablished,theFDSsoftwaredevel

2、opedbyU.S.NationalInstituteofStandardsandTechnologyResearchInstitute(NIST)isusedtobuildamodelhouseincollegeandsimulatethemodeldormitoryfireinfull-size.Thelawofsmokemovementandthechangedofverticaltemperatureandoxygenconcentrationinthecourseoffireisgiventhroughexperiments

3、.Finallyextinguishschemewasproposed,performingsimulationandverificationsoastoprovidesastrongbasisforthecollegedevelopfiresafetymeasures.Keywords:universitydormitory;fdssimulation;extinguishscheme;firesafetymeasures0引言近年来，随着我国高校规模的扩大，一方面满足了社会对人才的需求，但同时也产生了很多问题，其中宿舍火灾事故屡有

4、发生，已引起人们的极大关注。高等院校宿舍人口密度大，火灾荷载较多，再加上一些学生安全意识淡薄，给学生的生命和财产安全带来了极大威胁。因此，针对高校宿舍火灾预防的研究不断的受到重视。目前，对高校宿舍火灾从研究内容上包括高校学牛宿舍火灾载荷的调查、宿舍火灾危险性分析、火灾发展情况的数值模拟以及宿舍火灾评价体系构建的各个方而。然而，高校火灾的风险性仍然很大，且造成的损失和影响严重。进一步对高校宿舍火灾的研究，仍然具有重要的实际意义。目前，国内对高校宿舍火灾的实验研究比较少，因为火灾实体实验不但耗资巨大，并且由于条件有限，只能针对性地进行，缺

5、乏全面性。因此釆用计算机模拟根据有优越性。本文全尺寸数值模拟方法，利用FDS软件建立模型，获取火灾数据，以研究烟气运动、氧气浓度变化规律，对指导学生疏散、减少火灾造成的伤害具有一定的实际意义。1FDS数值计算原理1.1FDS理论基础FDS是由美国N1ST(NationalInstituteofStandardsandTechnology)开发的一种场模拟程序，它是一种以火灾中流体运动为主要模拟对彖的计算流体动力学软件。该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动的N・s方程，重点计算火灾中的烟气和热传递过程。由于FDS程序是开放

6、的，其准确性得到了大量试验的验证。因此，在火灾科学领域得到了广泛应用。在利用FDS进行火灾模拟时均选用大涡模拟。1.2FDS数学模型FDS所求的基木方程如下：1连续方程：字+V•亦=08t2能量守恒方程：—(/?/?)+V・ph3t=%+二切—Vq+V.(e7j+D(力皿U)dr；式中k：导热系数(W/(mk))；h：比焰(J/kg)o3组分守恒方程：T、・,n；)+也式中Di：第i种组分的扩散系数(m2/$)；Yi：第i种组分的质量分数；单位体积内第i种组分的质量生成率(kg/(n?s))4动量守恒方程:,dUTTTp(——+(w-

7、V)w)+V/?=pg+/+V-rdt式中：p：压力(Pa)；T:黏性力张量(N);g:重力加速度(m/s2);f:作用于流体上的外力(除重力外)(N)。以上为流体动力学基本方程，能够准确描述出烟气的流动与传热。2高校宿舍的FDS建模2.1建立网格本文以某高校宿舍为参照实物建立模型：设空间6.96mx3.4mx3.3m,划分网格参数见表1一2表1轴格数minmax网X0.05.532Y0.02.020Z0.03.319最小网格尺寸0.17mx0.17mx0.17m,网格总数为12160。表2轴minmax网格数X5.56.9619Y0

8、.02.020Z0.03.319最小网格尺寸0.16mx0.17mx0.17m,网格总数为3420。在模型中，我们假设起火原因是由宿舍内超负荷用电引起电线短路发热照成的。取红色小方块(0.1mxO.1mxO.1m)为火源