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建筑火灾场模拟中计算区域的影响研究

作　者: 张小翠
导　师: 汪箭
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 建筑火灾场模拟 FDS 网格独立性分析相关性分析计算区域扩展无量纲分析
分类号: TU972.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 134次
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内容摘要

作为数值模拟研究的重要组成部分,计算区域的选取问题开始越来越受到国内外诸多学者的关注。然而,一方面是因为缺少可用于定量分析计算区域选取合理性的方法,另一方面是受影响因素多、计算区域选取量化难度大的限制,目前国内外有关数值模拟中计算区域的选取问题的系统性研究还比较少见。围绕建筑火灾场模拟中计算区域影响的相关问题,本文以某一般建筑情形为例,开展了三种不同建筑开口形状下计算区域对两类火灾情形FDS模拟影响的数值实验,在此基础上以某一建筑开口形状为研究对象,对计算区域的选取随火灾类型的变化进行了广泛的研究,主要内容包括:1.采用网格和计算区域的交错检验,进行了某一火源功率情形的FDS计算结果与相关实验结果的对比,并基于相关性分析的方法,确定了适合该火源功率的合理且经济的网格尺寸。进一步结合有关研究,提出了网格选取的一般性方法。2.结合相关性分析方法,开展了三种不同开口形状下计算区域对两类火灾情形FDS模拟影响的数值实验,揭示了模拟结果(温度和速度)随计算区域扩展量不断增大的变化规律。3.在前述分析的基础上,通过对比三种开口形状下的数值实验结果,指出了计算区域扩展量与建筑开口形状以及火灾类型之间的内在关系。4.基于无量纲分析方法,构建了无量纲的计算区域扩展量和无量纲的火源功率,并依据已有数据对这两个无量纲量进行了统计分析,揭示了无量纲的计算区域扩展量随无量纲的火源功率的变化规律。在此基础上,从防火工程实际应用出发,提出了建筑火灾FDS模拟的计算区域扩展量的无量纲模型。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
符号说明  11-12
第1章绪论  12-22
  1.1 引言  12-13
  1.2 数值模拟方法—场模拟（Field Modeling）[6,7]  13-14
  1.3 建筑火灾场模拟软件—Fire Dynamics Simulator（FDS）  14-18
    1.3.1 基本控制方程  14-16
    1.3.2 数值计算方法  16-18
  1.4 计算区域对数值模拟（场模拟）影响的研究进展  18-20
    1.4.1 国内外研究进展  18-19
    1.4.2 目前研究的不足  19-20
  1.5 本文的研究工作  20-22
    1.5.1 研究内容  20
    1.5.2 研究思路和目标  20-22
第2章不同开口形状（φ_0  22-35
  2.1 数值实验设计  22-23
    2.1.1 分组  22
    2.1.2 几何模型  22-23
    2.1.3 模拟参数及方法  23
    2.1.4 结果处理  23
  2.2 网格独立性分析（组1）  23-25
    2.2.1 网格划分  23-24
    2.2.2 模拟结果  24-25
    2.2.3 讨论  25
  2.3 燃料控制火灾情形（组2）  25-29
    2.3.1 网格及计算区域扩展设置  26
    2.3.2 模拟结果  26-29
  2.4 通风控制火灾情形（组3）  29-33
    2.4.1 网格及计算区域扩展设置  29-30
    2.4.2 模拟结果  30-33
  2.5 本章小结  33-35
第3章不同开口形状（φ_0 = 1 ）下计算区域的影响分析  35-45
  3.1 数值实验设计  35-36
    3.1.1 分组  35
    3.1.2 几何模型  35-36
    3.1.3 模拟参数及方法  36
    3.1.4 结果处理  36
  3.2 燃料控制火灾情形（组1）  36-40
    3.2.1 网格及计算区域扩展设置  36
    3.2.2 模拟结果  36-40
  3.3 通风控制火灾情形（组2）  40-44
    3.3.1 网格及计算区域扩展设置  41
    3.3.2 模拟结果  41-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章不同开口形状（φ_0> 1）下计算区域的影响分析  45-55
  4.1 数值实验设计  45-46
    4.1.1 分组  45
    4.1.2 几何模型  45-46
    4.1.3 模拟参数及方法  46
    4.1.4 结果处理  46
  4.2 燃料控制火灾情形（组1）  46-50
    4.2.1 网格及计算区域扩展设置  46
    4.2.2 模拟结果  46-50
  4.3 通风控制火灾情形（组2）  50-54
    4.3.1 网格及计算区域扩展设置  50-51
    4.3.2 模拟结果  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章不同火源功率下计算区域的影响分析  55-106
  5.1 数值实验设计  56-57
    5.1.1 分组  56-57
    5.1.2 几何模型  57
    5.1.3 模拟参数及方法  57
    5.1.4 结果处理  57
  5.2 燃料控制火灾情形（组1～组17）  57-81
    5.2.1 组1：250kW  57-59
    5.2.2 组2：350kW  59-61
    5.2.3 组3：450kW  61-62
    5.2.4 组4：550kW  62-64
    5.2.5 组5：650kW  64-65
    5.2.6 组6：750kW  65-66
    5.2.7 组7：850kW  66-68
    5.2.8 组8：950kW  68-69
    5.2.9 组9：1100kW  69-70
    5.2.10 组10：1300kW  70-71
    5.2.11 组11：1500kW  71-72
    5.2.12 组12：1700kW  72-74
    5.2.13 组13：1900kW  74-75
    5.2.14 组14：2100kW  75-77
    5.2.15 组15：2300kW  77-78
    5.2.16 组16：2500kW  78-79
    5.2.17 组17：2700kW  79-81
  5.3 通风控制火灾情形（组18～组33）  81-103
    5.3.1 组18：2900kW  81-83
    5.3.2 组19：3100kW  83-84
    5.3.3 组20：3300kW  84-85
    5.3.4 组21：3500kW  85-86
    5.3.5 组22：3700kW  86-87
    5.3.6 组23：3900kW  87-88
    5.3.7 组24：4100kW  88-90
    5.3.8 组25：4300kW  90-91
    5.3.9 组26：4500kW  91-93
    5.3.10 组27：4700kW  93-94
    5.3.11 组28：4900kW  94-96
    5.3.12 组29：5100kW  96-97
    5.3.13 组30：5300kW  97-99
    5.3.14 组31：5500kW  99-100
    5.3.15 组32：5700kW  100-102
    5.3.16 组33：5850kW  102-103
  5.4 无量纲分析  103-105
    5.4.1 计算区域扩展量和火源功率的无量纲化处理  103-104
    5.4.2 计算区域扩展量和火源功率的无量纲统计分析  104-105
    5.4.3 计算区域扩展量的无量纲模型  105
  5.5 本章小结  105-106
第6章结论与展望  106-108
  6.1 主要结论  106-107
  6.2 创新点  107
  6.3 进一步工作展望  107-108
参考文献  108-110
致谢  110-111
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  111

建筑火灾场模拟中计算区域的影响研究

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