文档介绍：FDS 软件的使用汪箭 ******@ustc. 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室第一部分 FDS 的简介 FDS 的简介 FDS 是由美国国家技术标准局 NIST 的建筑火灾研究室研究开发的场模拟软件。 FDS 程序是专门解决火灾动力学发展的大祸模拟通用程序,以独特的快速算法和适当的网格密度,可以较为快速准确地分析三维火灾问题。 FDS 程序可以借助其它三维造型软件和网格生成工具,处理较为复杂的几何场景。它除了可以解决火灾发生及烟气的发展和蔓延过程,还包含分析火灾探测器和水喷淋灭火系统的功能模块,可以研究相应的消防设施对于火灾发展的影响。同时, FDS 具有开放的程序体系结构,良好的后处理能力,计算结果得到了较多实验的验证,并且在火灾安全工程领域得到广泛的应用。关于 FDS 和Smokeview 的所有文件可以在以下地址获得: ,在网页上可以找到关于新版本、缺陷修订等信息。 osim) 在此模型中,被模拟的房间或建筑被划分为若干小型三维矩形控制体积(Three-dimensional Rectangular Control Volumes) 或计算元胞(Computational Cell) ,其中计算的参数包括密度、速度、温度、压力和气体种类及浓度。根据质量守恒、能量守恒、动量守恒和物种平衡方程, FDS 可用来模拟火灾气体和烟气的生成及运动。利用室内家具、地面材料、壁面材料及顶棚材料的热物理性质, FDS 就可以计算火灾的发展和蔓延。 FDS 计算需要的输入值包括建筑结构的几何描述、计算元胞的尺寸、火源的位置、火源的热释放参数、室内地面/壁面/顶棚材料和家具的热性能参数、房室门窗的尺寸和位置以及开放状态和时间(对火灾发展和蔓延影响很大),其中室内材料的热性能参数又包括几何厚度(Thickness , m ) 、点燃温度(Ignition Temperature ,K ) 、单位面积的热释放速率(kW/m 2)、热传导系数(Thermal Conductivity Coefficient ,W/m · K) 和热发散系数(Thermal Diffusivity, m 2 /s),这些参数需要通过试验或者理论推导获得。利用 FDS 对建筑内火灾发生发展状况进行模拟的基本程序可归纳如下: FDS 的特点到目前为止,模型约一半的应用用于烟气控制系统的设计和喷淋喷头或探测器启动的研究,另一半用于住宅和工厂火灾模拟。在整个的发展过程中, FDS 的目的是在致力于解决防火工程中实际问题的同时为火灾动力学和燃烧学的基础研究提供一个工具。 FDS 的特点(一) 流体动力模型 FDS 对于低速、热驱动流的定量计算使用那维尔-斯托克斯方程(粘性流体方程),其侧重于火灾产生的烟气和引起的热传导。核心运算是一个明确的预测校正方案,在时间和空间二阶上精确。湍流通过大涡流模拟(LES) 的 Smagorinsky 来处理。如果基础的数值表足够清晰,则可进行直接数值模拟(DNS) 。 LES 默认这种操作。 FDS 的特点(二) 燃烧模型对大多数应用来说, FDS 使用一个混合物百分数燃烧模型。混合物百分数是一个守恒量,其定义为起源于燃料的流动区给定点的气体百分数。模型假定燃烧是一种混合控制( mixing-controlled ),且燃料与氧气的反应进行非常快。所有反应物和产物的质量百分数可通过使用“状态关系”――燃烧简化分析和测量得出的经验表达式由混合物百分数推导出。 FDS 的特点(三) 辐射传输辐射传热通过模型中的非扩散灰色气体的辐射传输方程解决,在一些有限的情况下使用宽带模型。方程求解采用类似于对流传热的有限体积法,因而,命名为“有限体积法”(FVM) 。选用约 100 个不连续的角度,由于辐射传热的复杂性,有限体积解算程序在一次计算中需占约 15%的 CPU 处理时间。水滴能吸收热辐射,这在有细水雾喷头的场所起很大的作用,在其他设置喷淋喷头的场所也起到一定作用。这种吸收系数以 Mie 理论为基准。 FDS 的特点(四) 几何结构 FDS 将控制方程近似为在直线的栅格(网格)上,因此用户在指定矩形障碍物时须与基础网格一致。多网格这是用来在一次计算过程中描述使用不止一个矩形的网格的一个术语。当使用单网格不易计算时,可采用多于一个的矩形网格。边界条件给定所有固体表面的热边界条件,以及材料的燃烧特性。通常,材料特性储存于一个数据库中并可用名称调用。固体表面的热量和质量转换通常可使用经验公式解决,但当执行直接数值模拟( DNS )时可直接进行估算。