厨房火灾数值模拟及分析.docx

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厨房火灾数值模拟及分析

实验名称：

火灾数值模拟

一、实验目的

1.1通过实验掌握FDS和pyrosim2010软件基本操作并能建立模型进行模拟实验。

1.2通过实验分析和了解火灾烟气浓度以及温度场分布等火灾参数的变化规律。

二、实验设备和仪器高性能计算机（一台）

三、实验内容

通过FDS和pyrosim2010命令语句的学习，编写模型程序和设置相关参数（参数包括：

燃烧物质热释放速率，空间环境温度，探测器的布置，设置计算截面等），试运行并调试，最后对计算数据进行处理分析。

四、实验原理及步骤

4.1实验原理

FDS（FireDynamicsSimulator）是由美国国家标准和技术研究院（NIST）研发的火灾模拟软件，它是将模拟空间划分成许多微元控制体以微元控制体为基本单位。

模拟计算的精度主要与微元控制体的数量有关，而微元控制体的数量又主要受计算机能力的限制。

FDS是以N—S偏微分方程为基础进行数值求解，给出较详细的各种物理量（温度、压力，速度、密度、热释放速率、烟雾组分等）的

分布。

4.2实验步骤

打开安全数值模拟实验室桌面的文件-07shiyan.fds（用记事本的打开方式），找到下列命令行，依次输入下面命令：

4.2.1模拟时间设置，注意逗号（模拟100秒）

&TIMET_END=100,SYNCHRONIZE=.FALSE./

4.2.2网格划分命令，IJK代表XYZ轴，

&MESHID='MESH',IJK=50,70,30,XB=0.00,5.00,0.00,7.00,0.00,3.00/

4.2.3基本材料参数的设置

4.2.3.1地毯材料参数设置，

&MATLID='CARPET_MATL',

SPECIFIC_HEAT=9.00,

CONDUCTIVITY=0.1600,DENSITY=750.00,

HEAT_OF_COMBUSTION=2.2300000E004,

N_REACTIONS=1,

HEAT_OF_REACTION=2.0000000E003,

NU_FUEL=0.62,

N_T=1.00,

THRESHOLD_TEMPERATURE=290.00,

N_S=1.00,

REFERENCE_RATE=0.1000,

REFERENCE_TEMPERATURE=100.00/

4.232火源设定

&SURFID='burner',

COLOR='RED',

HRRPUA=3.0000000E003/

4.3.3.3温度探测器布置

（注：

XYZ后的数据分别表示XYZ轴三个方向上参照坐标原点的坐标）

&DEVCID='HD1',PROP_ID='Default',XYZ=2.50,3.50,1.70,LATCH=.FALSE./

4.3.4温度和二氧化碳“切片”布置&SLCFQUANTITY='TEMPERATURE',VECTOR=.TRUE.,PBX=2.50/&SLCFQUANTITY='carbondioxide',VECTOR=.TRUE.,PBZ=1.70/

（已经由实验指导老师完成）

4.4建立实体（利用pyrosim2010）:

凳子（见图1）制作步骤：

（尺寸是随便输的，与实验的数据可能不一样）

第3部分

第2部分

第1部分

图1

第1部分：

假设尺寸为长x宽x高=0.1mx0.1mx0.3m

1.依次点击ModeltNewObstructionGeometry，输入数据：

minX=0,maxX=0.1,minY=0,

maxY=0.1,minZ=0,maxZ=0.3。

见图2

GeneralGeomatryStirfaces

£oxProptrtits

2•再点击Surfaces,在Single后面的下拉选项里选择SPRUCE，点击OK，第1部分就完成了。

3•还有3个与第一部分完全相同的物体，为了节省时间，可以利用复制与移动操作来完成：

在左侧右击刚才建好的第一部分（名字为Obstruction），再点击Copy/Move,在Mode下面选

择Copy，数量为1，offset的X选项里输入0.3，表示移动的距离为0.3m。

点击OK即完成复制操作，剩下的两个类似（注意移动的方向）；见图3

第2部分：

尺寸为长X宽X厚=0.4mx0.4mx0.1m

1.依次点击ModeltNewObstructionGeometry，输入数据：

minX=0,maxX=0.4,minY=0,maxY=0.4,minZ=0.3,maxZ=0.4

2.再点击Surfaces,在Single后面的下拉选项里选择SPRUCE,点击OK第2部分就完成了。

第3部分：

尺寸为长X宽X高=0.4mx0.1mx0.4m

1.依次点击ModeltNewObstructiontGeometry，输入数据：

minX=0,maxX=0.4,minY=0,maxY=0.1,minZ=0.4,maxZ=0.8

2.再点击Surfaces,在Single后面的下拉选项里选择SPRUCE,点击OK第3部分就完成了。

注：

以上制作的凳子模型是基于原点建立，可以根据需要任意移动/复制，下面举一个例子

加以说明：

为了方便移动/复制，可以将建好的凳子的所有部件放在一个GROUP（组）里，操作如下：

依次点击ModeltNewGroup,在Groupname里输入desk（可以为任意名），然后再左侧依次选中刚才建好的各个物体（Obstruction）,右键tChangeGroup，在Group栏选择desk（图4）,

再点击OK即可。

这样这个凳子就可以整体任意移动了。

例如，想要把它同时沿X轴移动

5m，沿Y轴移动2m，操作如下：

右击desk,再点击Copy/Move,在Mode下面选择Move,

数量为1,offset的X选项里输入5,X选项里输入2,点击OK即完成移动操作。

火PyreSim-*G\Users.\AdminiEtrator\p¥E（ctop\Sf35^f!

l:

5?

：

\075hiyan.psm[d丨lai丨尉

FileEditMod^lDevicesEvacOutputFDSVienvHelp

XChooseaLocationtoSavetheFDSDataFile

五、实验结果分析及实验报告要求

程序运行结束后，你所建的文件夹中双击文件07shiyan（Smokeview

Document），计算结果将会以动态形式演示.

温度或烟气切片：

（以温度切片为例）

a.在画面上点击右键，load/UnloaXSliceFilbTEMPERATURE—X=2.5如果需要温度切片图片，点击右键fOptions—Render—OneFrame在实验数据文件夹下生成图片。

同理，可以获得Z=1.7m处的二氧化碳浓度切片。

b.实验探测点温度曲线，在实验数据文件夹打开06shiyan.csv文件，处理时间---温度（HD）曲线，只要求处理时间和探测器（HD）（时间为X轴，温度为Y轴）。

请每一位同学将以上实验步骤认真上机操作，最后交一份实验报告，包括：

实验名称，实验原理，实验目的，实验内容，实验步骤，以及数据处理。

（包括

任意时间某截面的温度和二氧化碳浓度分布图，以及时间一温度曲线。

请同学们注意：

（各组的实验要求如下：

）

实验1组

实验2组

实验3组

实验4组

实验5组

椅子2

书桌2

单人床2

单人沙发2

电视机1

实验6组

实验7组

实验8组

实验9组

实验10组

床头柜2

长沙发1

单人床1,床头柜1

椅子1,书桌1

床头柜1，书桌1

一般的木制品材料为：

SPRUCE

沙发、电视材料（接近）：

CARPET_MATL

2沙发各部分尺寸数据：

依次点击ModeltNewObstruction宀Geometry，输入数据:

GeneralG-&om«trySurfaces

BoxPropErtiw百

MinI：

4.2m

Max1:

5.0m

MinT：

MiaZ：

MuZ:

0.05m

ObstrurtionProperties

MaaT:

GeneralSurfaces

EoxTrapertia

MilkI

4.2m

MinI：

1tn

Miik

2：

0.05■

MuX;

50m

畑y；

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2

065■

EoxProperti电s

Mm

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■inI.

Min

0.5

ObstructionProperties

GeneralGewnetrySurfaces

ObstructionProperti-e-s

ure-riB

*SgjgLg[_■"OFET

FEUE

fact

Min5

CARPET

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CARPET

Min2

CARPET

Max2

CARPET

Multip"

ObstructionPropertits

Geh打alGeometrySurfaces

BoxProperties

Min

Max

ObstructionProperties

Max

Min

GeneralSurfaces

ObstructionProperties

GeneralGeometrySurfaces

BoxProperties

Min1：

0.4mMin

MaxX：

0.5mMax

ObstructionProperties

GeneralGeometrySurfaces

BoxProperties

MinX:

0.4mMinT：

0.1mMinZ：

MaxX：

0.5mMaxI：

0.2mMaxZ：

GeneraltwnstrySurfaces

EqxFtoperties

Nin

Max

Min

Max

Man

ObstructionProperties

6皿卓銓G^omatrySurfaets

BaxPro'perties

MinI:

1.0m

MinT:

Tl-i|

ObstructionProperties

MaxI

General^-cm6trTSurfaces

ObstructionProperties

G«n$rd.CfecmetrySurfaces

EaxProp

ObstrLictionProperties

Min

Max

ObstructionProperties

CentralGeometrySurfaces

BoxFroperti*s

MlhI：

2.6m

MinI：

3.1ki

■i&Z:

i5E-16m

MsatX：

2.7■>

Mix¥:

3-6n

I

0-6m

ObstructionProperties°

GeneralteometrySurfaces

EcihFr&parties

（jeneralGeam=try吕urf^电g

BoxPropsrti&s

ax

Mm

ax

Min

Min

ObstructionProperties

GeneralGeMWtF扩Surface

6书柜：

依次点击ModeltNewObstructionGeometry，输入数据：

ObstructionProperties

GeneralOacimetry^urf^ces

BoxFrQper

ObstructionProperties

Surfaces

9星云迄SPRUCE

FaceSurfac«

MmZ

^PKVCE

MaxI

SPRUCE

Mtn¥

SPHUiZE

怙I

SFRVCE

MikZ

SPRUCE

MaxZ

SPRViZE

Multiple

GeneralGeofi^trySurfaces

BoxFroperties

General（jeometry^uj-fac4£

Ob-&tructionProperties

MinT

畑Y

Mui

0.00m

0.30it

TL

Mu

ObstructionProperties

Ger.eralGeometrySurfaces

BexProperties

MinY:

0.00■MinZ:

0・05■

MaxY:

|（）・6■—|MaxZ:

|o.8

ObstructionProperties

GeneralGeometrySxxrfaces

BoxProperties

Min

Max

Min

Max

MinZ：

0.05n

MaxZ：

0.8m|