火灾模拟软件FDS地学习心得.docx
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火灾模拟软件FDS地学习心得
1.FDS的启动
2.FDS中的具体命令行：
SURFID和SURF_ID、MATLID和MATL_ID的区别：
SURFID:
是属性行
SURF_ID：
是obstruction和vent等的引用行〔通过此行给obstruction和vent添加属性〕
A。
在输出文件家中添加CHID.stop文件可以在该文件夹中产生.restart的文件，有这个文件并在input文件中的&MISCRESTART=.TURE就可以在停掉FDS后接着原来的时间继续往下算。
B。
在&DUMPDT_RESTART=N可以在断电或是stop文件之后自动按照ns的时间来自动保存restart文件，所以，再通过&MISCRESTART=.TURE就可以在停掉FDS后接着原来的时间继续往下算。
FDS5介绍
2010-06-1809:
32:
29|分类：
FDS |标签：
|字号大中小 订阅
第一章
导言
FDS解决了数控一种形式的纳维尔-斯托克斯方程适合低速，热驱动流与重点烟雾和热量传递，
从火灾。
制订该方程和数值算法是包含格式技术参考指南[1]。
Smokeview是一个独立的可视化程序，是用来显示的结果是一个格式模拟。
详细说明Smokeview被发现在该用户的指南Smokeview第5版[2]。
第一个版本的FDS已经开始公开发表在2000年2月。
至目前为止，该模型大约有一半已用于
设计的烟雾处理系统和自动喷水灭火/探测器活化研究。
另一半如此包括住宅与工业消防重建。
在其整个开展，FDS已着眼于解决现实的问题，消防火灾防护工程，而在同一时间内提供一
种工具来学习根本的消防动力学和燃烧。
水动力模型FDS解决了数控一种形式的纳维尔-斯托克斯方程适合低速、热驱动流，重点是
火灾中烟雾和热量传递。
核心算法是一个明确的预测校正计划，在空间和时间的二阶精度。
用
司马格林斯基形式的大涡模拟〔组〕来对待动荡。
如果根本数值网格是好的，直接履行数值
模拟〔域名系统〕是可能的。
les是默认的运作模式。
燃烧模型大多数应用，FDS采用单步化学反响，其反响产物都被跟踪，通过双参数混合分
数模型。
该混合物分数是一个守恒标量，即质量分数为一人或多人组成的气体在某一特定点，
在流场。
默认情况下，两局部组成的混合物分数是明确计算出来的。
首先是未燃燃料质量分数，
第二个是烧燃料的质量分数〔即大规模的燃烧产物源自燃料〕。
两个步骤的化学反响，以三
参数混合分数分解，也可用于第一步氧化燃料，一氧化碳和第二步氧化一氧化碳为二氧化碳。
3个混合分数成分为二步反响是未燃燃料，大量的燃料，已完成第一反响步骤，和群众的燃料，
已经完成了第二个反响步骤。
质量分数所有的主要反响物和产品，可以来自于混合物分数的参
数手段"国与国关系"。
最后，多步有限速率模型也已同步发行。
辐射输运辐射传热包含在模型中，通过解决灰色气体的辐射传导方程，而且在某些有限的情
况下使用宽带的模式。
方程求解采用一样的技术，以有限体积法对流运输，因而称之为赋予它
是有限体积法〔有限体积法〕。
用大约100个离散的角度，求解大约需要20%的总计算时间
的计算，一个温和的本钱鉴于辐射传热问题的复杂性。
吸收系数的气-烟尘混合物计算使用辐
射的窄带模式。
液滴能吸收和散射热辐射。
这是很重要的是包括喷雾洒水器，而且在所有喷洒
案例中也发挥了作用。
吸收和散射系数，是根据米氏理论。
几何格式FDS就纵横网格逼近方形。
矩形障碍物，被迫要符合根本的网格。
多重网格这是一个词，用来形容使用一个以上的矩形网格中的计算方法。
这是有可能的描
述不止一个矩形网格来计算的情况下，计算域不会轻易嵌入在一个单一的网格。
并行处理多台电脑运行一个FDS计算是有可能的，通过信息传递界面〔MPI〕。
详情可参
阅在第3.1.2。
边界条件所有固体外表指派热边界条件，再加上有关燃烧特性的物质。
热和物质，在固体
外表的传输通常是作为与实证相关的处理，虽然当进展直接数值模拟〔DNS〕时，直接计算
传热传质是可能的。
1.2在FDS5中什么是新的？
FDS5在其处理固体边界和气相燃烧上不同于以往版本。
其中较重要的变化是：
多步燃烧先前版本FDS已假定只有一个气相反响。
现在，多步反响计划，可来形容局部熄
灭，CO的产生，在其他不同的现象中。
最重要的改良，以燃烧模型是一个更准确的热释放率
的计算，以与更有效地处理局部火焰熄灭。
物质层以往版本的FDS已假定坚实的界限，构成一个单一的同质层。
现在，固体分界，
可以仿照多层次的材料，每个材料经可通过一个新的名称组MATL确定。
这一变化使过去的
输入档案已经过时。
命令行格式FDS仍然在命令行下运行，但比以前的版本语法略有不同。
见第3节详情。
数据库先前版本的FDS用一个单独的"数据库"的文件存储材料和反响参数值。
此档案已不
再可用，而现在所有的参数必须在输入文件中指定。
设备描述的方法，用来形容一种装置和/或传感器〔洒水，热探测器，热电偶等〕发生了变化。
确定装置与其性能，见11.1。
任何装置可以用来控制喷洒活动，并建立和移动开口或障碍。
洒水器以前版本的外部喷洒档案已不再使用。
所有资料洒水器与其他消防特定器件在输入文
件中转达。
洒水器，现在的定义用新的方法来形容装置如上所述。
见第11.1获取更多信息。
控制功能一个输入参数的新组用来描述控制喷洒活动的功能，创造和移动的开口或障碍，并
执行代码〔终止或打开再启动文件〕。
见第11.5详情。
数值网格先前版本的FDS使用单独的输入组，以界定数值网格和计算域。
现在，两个小组
已经合并成一个单一的，简化的网格组MESH。
组PDIM和GRID不再在输入文件使
用。
见第6.3作更详细的描述。
压力区这是有可能的，在FDS5中表示计算域中的个别区域，以获得不同的环境的背景压
力，用于计算泄漏量，风机曲线等等。
见第8.3节以获取更多信息。
叠加效应和大气分层情况已有所改善，以更好地描述分层的大气和因高层建筑内外的温度差
而导致的空气运动。
绝热外表温度一个新的输出值已被添加，以方便使用FDS的输出热学和力学有限元模型。
见第8.2.2获取更多信息。
理〔编号归档，修改跟踪，缺陷修复，用户建议等〕。
见2.1节以获取更多信息。
FDS核查和验证引导入手，FDS5，更多的重点放在了维持持久收藏的核查和验证的个案。
这样就提高了质量，每个格式更新和公布，作为一种标准测试套件现在将被用来购置保险，即
作出修改的源代码不会降解格式输出。
这还为用户提供了一个标准的数据集，以核实自己的安
装格式，并比拟结果明确，FDS，是不是又回到他们的制度，以公布数据。
第二章
开始
2.1如何获得FDS
2.2计算机硬件要求
FDS需要一个快速CPU和大量的随机存取记忆体〔内存〕，运行效率。
最起码的规格，系统
应该有1千兆赫处理器，并至少有512M内存。
CPU的速度将决定维持多久计算将采取哪些
整理，而量的内存，将决定有多少网格能支持在记忆体。
大硬盘是需要储存的产量计算。
这是不寻常的输出一个单一的计算，以消费超过1G的储存空间。
大局部的电脑在过去数年购置的已足以运行smokeview与买者更多的记忆体〔内存〕，应购
买使内存大小高达至少512。
这是使计算机能够显示出结果，没有"交换"到磁盘。
为smokeview
这一点也很重要取得一个快速的图形卡，为个人电脑用显示器的结果，该格式运算。
多网格
计算，MPI版本的FDS将超过标准100Mbps的网络。
千兆或千兆网络，将进一步减少延迟，
提高数据传输速率之间的节点。
2.3OS和软件需求
FDS并行对于那些希望运行并行FDS的，，将用于FDS计算的每一台网络里的电脑必须
安装MPI〔消息传递接口〕。
安装MPI的资料在不同的电脑平台，在FDS给出。
看开展
了的获取更多的信息。
第三章
运行FDS
3.1开始FDS计算
FDS可以从命令行提示运行，或用第三方的图形用户界面〔GUI〕。
下面讨论中，假设FDS
从命令提示符开始运行。
FDS可以运行在一个单一的电脑，只用一个CPU，或可运行在多台
计算机，并采用多处理器。
对于任何操作系统上，有两种格式可执行文件。
单处理器的可执行
文件，FDS＃.exe文件。
并行可执行程序是所谓的FDS＃_mpi.exe。
字母"MPI"，标示消息
传递接口〔电喷〕，将在下面讨论。
微软视窗
打开一个命令提示符窗口，改变目录〔"cd"〕到放置输入文件的位置，然后运行代码键入命
令提示
字符串job_name通常是在输入文件CHID中指定。
建议输入文件名称和CHID一样，使所有
的文件与某个特定的计算有一致的名称。
模拟进展自动在屏幕上给出。
详细的信息，自动发给
一个文件chid.out，chid是一个字符串，通常是与job_name一样的，在输入文件指定。
屏幕
输出可以重定向到一个文件，通过可选的命令
3.1.2开始FDS计算〔多处理器版〕
利用多个处理器和多个内存〔ram〕跨网络运行FDS，比跑单处理器版本困难。
更重要的是
需要的用户，使联系机器尽可能地无缝。
这涉与到在每台机器上对某一特定用户创建账户，共
享目录，提高网络速度，使每部机器知悉之间的细节等，一些由并行处理软件应付，其他的如此
不是。
毫无疑问，在未来几年内这一过程将简化，但就目前而言，并行处理技术是仍相对较新，
并需要更多的专业知识，在理解这两个操作系统与给定的电脑的网络连接。
FDS使用MPI〔消息传递接口〕[3]，让多台计算机上运行一个单一的FDS的工作。
其实，
这项工作，必须划分成多个网格，处理器指定运算各个网格。
每个处理器执行一个FDS工作
〔称为一个线程〕，MPI负责网格信息的传输。
也有不同的方法实现MPI，很像有不同
FORTRAN和c编译器。
每项执行根本上是一个调用FDS子程序的图书馆，传输数据从一个
线程到另一个横跨快速网络。
格式的子程序称呼已得到广泛承受，在社会上让不同的厂商和组
织自由开展更好的软件，同时工作在一个开放的框架。
FDS执行的方法，取决于它实施的MPI如何安装。
在NIST的并行版本的格式，是目前运行
于windows电脑连接局域网〔局域网，100mbps〕的，或者对某一集群Linux的个人电脑联
系在一起的一个专用，快速〔1000mbps〕的网络。
WINDOWS电脑使用mpich2，免费实
施MPI的，由美国阿贡国家实验室。
3.2监测进展
为某一特定计算的诊断写入文件名为chid.out。
CPU的使用情况和模拟的时候写在这里，所
以，你可以看到该计划进展了有多远。
在计算的任何时候，Smokeview都可以运行，进展情
况可以可视化的查看。
预定时间前停止计算，要么关闭进程，或者最好是在同一目录建立一个
输出文件名为CHID.stop的文件。
程序终止文件的存在，使它的输出最新的流体变量在
Smokeview观看。
由于计算，可持续几小时或几天，FDS有一个重新开始的特点。
详情如何使用此功能，
是由于在第6.4.1。
简单地说，在最初的计算时，一个"RESTART"文件往往应当保存的。
某
些事情会扰乱计算，如停电，计算可以在最后保存的文件的时间上重新开始。
它是可能的，控制停止的时间以与利用控制功能开始重启文件，如第11.5。
第五章
输入文件的根本结构
5.1工作命名
输入文件规定格式与所有必要的信息来描述的情况。
输入文件保存名称，例如job_name.fds，
job_name是任何字符串，它有助于区分模拟。
如果在HEAD的组中有一样的字符串在输
入文件中，那么所有的输出文件与计算届时将有这个共同的名字。
不应该有空白，在工作名称
中。
使用下划线，以代表一个空格。
用下划线字符而不是一个空格，也适用于一般的做法命名
目录到你的系统。
FDS会覆盖输出文件，如果分配给它的名称是一样的。
这是方便的，当你节省磁盘空间时。
只是小心，不要覆盖您希望保存的计算。
5.2组格式化
参数在输入文件中指定，通过mamelist格式化的记录。
每个namelist用&开始，紧跟组的
名称，然后一个逗号分隔的输入参数，最后是/，例如
&DUMPNFRAMES=1800,DT_HRR=10.,DT_DEVC=10.,DT_PROF=30./
在DUMP组中设置各种参数的值，各种参数的含义在后面的章节介绍。
名称组的记录可
以在输入文件跨多行，而只是一定以"/"完毕纪录，否如此数据将不会被理解的。
不要在名称组
行内添加除适合该组的参数和值以外的东西。
否如此，FDS将立即终止。
组记录的参数可
以由逗号，空格，或行分开。
最好用逗号或行。
有些机器不识别空格。
评论和注释可以写入文
件，只要除了空格没有东西在&之前，或没有东西在&和/之间，除了对应与特定组的适当
参数。
输入文件参数可以是整数〔t_end=5400〕，实数〔co_yield=0.008〕，实数或整
数组〔为xyz=6.04,0.28,3.65〕或〔ijk=90,36,38〕时，字符字符串：
CHID=’WTC_05_v5’
特征字符串组：
SURF_IDS=’burner’,’INERT’,’INERT’，或逻辑参数：
POROUS_FLOOR=.FALSE.逻辑参数是.TRUE.或.FALSE.-这时是由Fortran公约的。
字符串
列在这个用户手册必须被准确复制的，代码是区分大小写，并强调这样做。
大局部的输入参数
简单真实或整数标，如DT=0.02，但有输入的是多维数组。
举例来说，当形容固体外表，你
需要表达多层次中多种材料的质量分数。
输入数组MATL_MASS_FRACTION（IL,IC）传递成分
IC的IL层的质量分数到FDS。
例如，如果第二中物质的第三层质量分数为0.5，就写为
输入一个以上的质量分数，用这种符号：
MATL_MASS_FRACTION（1,1:
3）=0.5,0.4,0.1，这意味着前三个材料的第一层的质量分数为0.5，
0.4，0.1。
符号1：
3表示数组元素1至3。
注意：
字符字符串能够被附上由撇号或引号。
小心，不要制造输入文件通过从其他一些较简单
的文本编辑器粘贴文本，在这种情况下，标点符号可能不能妥善复制到文本文件。
5.3输入文件的结构
一般来说，组记录可以在输入文件中任何的命令输入，但最好系统的组织它们。
通常，整
体的信息是列在输入文件的上面，细节信息如障碍设备等列在下面。
FDS扫描整个输入文件，
每次运行特定的组。
一些文本编辑器中，最后一行的文件经常不被读取，因为存在文件末
尾的色彩。
为保证FDS读取整个输入文件，参加：
&TAIL/
作为输入文件的最末行。
这完善了文件，从&HEADto&TAIL。
FDS甚至不找寻这最后一行。
另一个经验规如此是只在需要改变他们的默认值时才写入输入文件。
这样，您就可以更容易区分
你的要求FDS的要求。
添加评论到文件中，只要这些不属于组的记录。
一般输入文件的结构显示如下，原输入文件（WTC_05_v5.fds）的许多行，为了清晰而移走。
&HEADCHID='WTC_05_v5',TITLE='WTCPhase1,Test5,FDSversion5'/
&MESHIJK=90,36,38,XB=-1.0,8.0,-1.8,1.8,0.0,3.82/
&TIMET\_END=5400./
&MISCSURF_DEFAULT='MARINITEBOARD',TMPA=20.,POROUS_FLOOR=.FALSE./
&DUMPNFRAMES=1800,DT_HRR=10.,DT_DEVC=10.,DT_PROF=30./
&REACID='HEPTANETOCO2'
FYI='Heptane,C_7H_16'C=7.
H=16.CO_YIELD=0.008/SOOT_YIELD=0.015/
&OBSTXB=3.5,4.5,-1.0,1.0,0.0,0.0,SURF_ID='STEELFLANGE'/firePan
...
&SURFID='STEELFLANGE'COLOR='BLACK'
MATL_ID='STEEL'BACKING='EXPOSED'THICKNESS=0.0063/
...
&VENTMB='XMIN',SURF_ID='OPEN'/
...
&SLCFPBY=0.0,QUANTITY='TEMPERATURE',VECTOR=.TRUE./
...
&BNDFQUANTITY='GAUGE_HEAT_FLUX'/
...
&DEVCXYZ=6.04,0.28,3.65,QUANTITY='oxygen',ID='EO2_FDS'/
...
&TAIL/Endoffile.
我们强烈建议时，从一个新的局面，首先选择一个预先撰写输入文件极为相似的情况，作必要
的修改，然后运行情况，以相当低的分析，决定几何是否建立正确。
最好是在开始前用相关的
比拟简单的文件来收集其问题的主要特点，而不要尝试太多细节，否如此可能掩盖了一个在计算
中的根本缺陷。
初步计算，应予粗糙网格，使运行时间少于一小时，并改正，可以很容易取得，
没有浪费太多时间。
正如你学习如何写输入文件，你会不断地运行，并重新运行您的例子当你
参加复杂性。
表5.1提供了一个快速参考，所以组参数在这里您可以找到参考，以与在这
份文件哪里找到介绍，表中包含了每个组所有的关键字。
Table5.1:
NamelistGroupReferenceTable
组描述参考章节参数表
第六章
设置时间和空间的边界
6.1命名工作：
HEAD组〔表13.6〕
首先给定名称。
HEAD组包含两个参数，如：
&HEADCHID='WTC_05_v5',TITLE='WTCPhase1,Test5,FDSversion5'/
CHID是30字符以内的字符串，用来标示输出文件。
如CHID='WTC_05_v5',很方便的命名输
入文件WTC_05_v5.fds，这样输入文件可以与输出文件联系在一起。
句号和空格都不允许在
CHID里，因为标示输出文件的词尾对某些操作系统是有含义的。
TITLE是60字符以内的字符串，描述模拟。
仅仅是传到不同的输出文件的描述性文本。
6.2模拟时间：
TIME组〔表13.24〕
通过参数T_END来表示模拟持续时间。
默认1s。
注意：
TWFIN仍然可使用，但并不支持使
用。
例如：
&TIMET_END=5400./
设置为0用来快速检查几何体。
如果想让开始的时间线不在0，可以用参数T_BEGIN来指定第一个写入文件的时间步的时间。
这将是有益的匹配实验数据的时限或录像。
注意：
在T_BEGIN之前不进展任何模拟，只是用来补偿从0开始的时间。
如果RAMP的活动时间与T_BEGIN一样，那么它就是评价的实际时间；否如此用RAMP的活
动时间。
因此，如果你想测试基于CTRL或DEVC的时间且最终联到RAMP，那么你该把
T_BEGIN设的稍小于RAMP动作的时间。
例如你要测一个10s打开的开口，其SUIF_ID使用
RAMP,T_BEGIN要设置的略小于10s。
初始的时间步长大小可以用DT指定。
此参数通常是自动设定的，划分网格细胞时。
计算时，
时间步被调整，这样CFL状态才被满意。
如果在模拟开始时突然发生什么事情，最好设置初始时间步防止数值不稳定造成时间步过大。
不同DT值的试验通过监测输出文件的时间步的大小记录。
一个额外的参数在TIME组里，SYNCHRONIZE，是一个逻辑标志（.TRUE.or.FALSE.），明确
了在多网格计算中每个网格的时间步必须一样，保证每个网格的进程是一样的。
更详细的信息
6.3.2.默认值是.TRUE.
6.3计算网格：
MESH组〔表13.11〕
所有FDS计算必须在网格构成的区域内进展。
每个网格被分为矩形细胞，其数量取决于预期
的流体运动的解析。
MESH是定义计算域的组。
网格内在坐标服从右手法如此。
原点被六
个一组的数的第135个来定义，对角被246定义，举例来说：
&MESHIJK=10,20,30,XB=0.0,1.0,0.0,2.0,0.0,3.0/
定义了一个跨越原点到X=1m，Y=2m，Z=3m的网格。
该网格被参数IJK分成均匀细胞。
在
此例子中，网格为10cm的立方体。
如果在某方向上不想均分网格的大小，如此会用到
TRNX,TRNY,TRNZ组来改变均匀的网格〔6.3.3〕。
超过边界的障碍和开口截断在边界处。
定义网格之外的物体没有影响，将不会在Smokeview中看到。
注意：
保证网格接近立方体。
因为在Y和Z方向上，计算的一个重要局部用到了基于快速傅立叶变换〔ffts〕的泊松求解，
第2和第3方向格式应为2l3m5n，其中lmn是整数。
例如64=26,72=2332和108=2233是
很好的网格，但37，99和109就不是。
网格的第一个数I不用FFTs，不用按照小数字的结合
给出。
不过你该测试不同的划分值来确保它们最终不会过度减慢运算。
1-1024可用的数字：
23456891012151618202425
273032364045485054606472758081
9096100108120125128135144150160162180192200
216225240243250256270288300320324360375384400
405432450480486500512540576600625640648675720
72975076880081086490096097210001024
6.3.1两维和轴对称计算
在FDS解决的方程以三维直角坐标系的形式书写。
但是一个二维笛卡尔或二维圆柱〔轴对称〕
的计算可能在MESH行里通过将J设置成1来进展。
对轴对称，添加CYLINDRICAL=.TRUE.
到MESH行中，坐标X被处理为径向的r坐标。
任何边界状态不该被设置在平面y=
YMIN=XB（3）或y=YMAX=XB（4）,或r=XMIN=XB
（1），在一个r=XB
（1）=0的轴对称的计算
中，为了更好的视觉效果，XB（4）和XB（3）的区别要小，这样Smokeview的描绘看起来像是
2-D的。
图6.1多个网格的几何体
6.3.2多个网格和并行进程
多个网格意思是计算域包括多于一个的计算网格，经常是联着的。
在各网格中，在特定网格内
的流速根底上的时间步可以解主要的方程。
因每一个网格可以有不同的时间步，这一技术可节
省CPU的时间，只在必要时要求相对粗的
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