这行表示39秒后关闭朝向控制域外的开口。
&VENT XB=?,SURF_ID=′OPEN′, HENT_OREN=′det1′
&HEAT XYZ=?,RTI=?,ACTIVATION_TEMPERATURE=87.,LABEL=′det1′/ &HEAT XYZ=?,RTI=?,ACTIVATION_TEMPERATURE=110.,LABEL=′det2′/ 这行表示当第一个热探头激活时,打开本是关闭的开口。
对开口一个增加的特性是定义一个时间或热探头,这个可控制但开口的代码被应用时,例如,假设当.温感′det2′激活时,打开风扇。
&.SURF_ID=′FAN′, VOLUME_FLUX=5./
&VENT XB=?,SURF_ID=′FAN′, HENT_ACTIVATE=′det2′/
假如要关闭风扇,用参数HENT_DEACTIVATE用同样的方法。注意:T_ACTIVATE和T_DEACTIVATE与T_OPEN和T_CLOSE相当。同时也要注意这些控制参数都不用镜像(MIRROR)这个命令。
5.5 额外的成分
通常,当用HRRPVA或HEAT_OF_VAPORIZATION定义火时,需用一个混合燃烧模型。标量变量Z表示燃烧度,纯燃料(Z=1)纯空气(Z=0)。主要的燃烧反应物和产物O2,CO2,H2O,N2,CO和碳黑都是Z的二维函数。换句话说,在任一网格单元的的Z值决定气体的质量数。在REAC行用户自定义的化学量被用于产生与Z反映质量有关的表格。人们不必要也不能显式的列出燃烧反应物和反应物。
然而假定件既不是反应物又不是产物的气体输入反应区。这种气体用一个输送方程与其他混合气体分离的单独的被追踪。事实上,根本就不需要火,FDS可以被用作输送一个混合的不然气体。
SPEC被用作定义每个附加的物质种类。每个SPEC行都至少通过叫ID的特征组定义种类的名字。然后,若最初环境反应气体存在而不是0,那么用参数MASS_FRACTION_0定义。计算中可包括的几种气体被列于表5.1。这些气体的物理特性已知且不必要再定义。然而,若一个需要气体不在表5.1中所列。则需要定义分子量MW,单位g/mol。另外,若做dns计算,需定义Lennard_Jones潜在参数σ(SIGMALJ)和ε/k(EPSILONKLJ)或黏度(VISCOSITY kg/m/s),热导(THERMAL_COEDUCTIVITY w/m/k)和给出已给定的种类与背景种类之间的分布密度(m2/s)(DIFFVSION_COEFFICIENT) &SPEC ID=′ARGON′,MASS_FRACTION_0=0.1,MW=40./
对于所列的类有三种边界条件,对于一个给定的类是由它的位置来表明的。例如,第二个所列的种类是N=2。假定想要在固定墙面无流的条件,不要进行任何设定。假如第N种的mass fraction是一种被迫流动边界的某个数值,设定MASS_FRACTION(N)相当于在适当的SURF行要求的mass fraction。假如想要第N种的质量流,设定
MASS_FLUX(N)而不用设MASS_FRACTION(N)。若已设MASS_FLUX,则不需设VEL。VEL将依据质量流自动计算,质量流单位是kg/m2/s。
用TAU_MF(N)或RAMP_MF(N)来控制种类N的或质量流的增量。N的表面mass fraction由下式给出: YN(t)= YN(0)+f(t)( YN- YN(0)) YN(0)是N的环境m.f.(在第N个SPEC行中用MASS_FRACTION_0描述YN(0),YN是想要的m.f.f(t)函数是递增的。(在SURF行用MASS_FRACTION(N)描述YN)f(t)函数可是t2的双曲正切或用户自定义函数。对一个用户自定义函数,给这个递增函数一个名字RAMP_MF(N)一个特殊组(见4.4.1时间边界层条件)。做为例子 &SPEC ID=′ARGON′,MASS_FRACTION_0=0.1,MW=40./ &SPEC ID=′HELIUM′
&SPEC ID=′INLET′,MASS_FRACTION(2)=0.2,VEL=-0.3, TAU_MF(2)=0.5, TAU_V=0.5/
这几行表示在计算区域除了默认的环境物质空气外还有氩气和氦气。在入口,氦(质量20%)氩(质量10%)空气(70%,补充余下的)以0.3m/s流入流域。氦的mass fraction和流速根据双曲正切(t/0.5)函数都是递增的。 5.6定常速率或预混燃烧
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默认状态下,FDS假定火实质上是燃料和氧气间无穷快反映,并且这个反应不依靠周围气体温度。并假设反应区域是个无穷薄,燃料在一侧,氧气在另一侧。假如想要一个定常速率或预混燃烧,需作以下几步:
1) FDS只有在DNS模式下才会有定常速率反应。在MISC行设置DNS.=.TURE.注意,也可以在LES计算中用定常速率反应,但由于在大规模计算中,温度会被网格抹掉,一些反应参数由于低温可能会修改。
2) 在MISC行环境气体通常被设为N2(′NITROGEN′)
3) SPEC被用来定义每一个增加的气体,不要用SPEC行定义环境气体。每个SPEC行都将包含气体名字(ID)和它的环境(最初)mass fraction,MASS_FRACTION_0。能包含在计算中的气体都被列于表5.1。这些气体物理特性都已知不需再定义。然而,如果想要一种不在表5.1中所列的气体,必须定义它的分子量MW,单位是g/mol。另外,假如做的是DNS计算,要定义σ和ε/k。或者在给定气体与环境气体间的黏度(kg/m/s),热导(w/m/k)和分散系数(m2/s)。如果在定常反应中消耗或产生所列气体,需定义它的化学系数NU.注意,除了环境气体作为一个diluent,否则它不能参与反应。
4) 参看5.5节关于气体边界层。 表5.1:可选择的气体特性 种类 空气 CO2 CO He CH4 N2 O2 C3H8 H2O
5)
REAC组用于指出燃料和反应速率参数
29 44 28 4 16 28 32 44 18 Mol.Wgt. (g/mol) 3.711 3.941 3.690 2.551 3.758 3.798 3.467 5.118 2.641 σ (?) 78.6 195.2 91.7 10.22 148.6 71.4 106.7 237.1 809.1 ε/k (K) FUEL 表明那种气体是燃料
BOF 预幂因素是一阶化学反应,单位cm3/mol/s E 一阶化学反应的激活能量,单位KJ/Kmol XNO 一阶化学反应的氧气浓度指数(缺省1) XNF 一阶化学反应的燃料浓度指数(缺省1)
DELTAH一阶化学反应的有效燃料热单位KJ/Kg(缺省40,000KJ/Kg) 5.7 高温分解模式
燃料可是气体,固体和液体。气态燃料更易燃烧,因为燃烧是无相态变化,事实上,在SURF行中定义HRRPUA和定义气体燃料流速是相当的。假如上述是所想要的一切则不需看这一节,否则,预测固、液态燃料的燃烧(速率需要更多的信息来定义它们的物理特性。
5.7.1热塑性
一般默认固体燃烧物是一个纯材料且在表面燃烧。分别用PHASE=′CHAR′或PHASE=′LIQUID′定义材料分别是燃烧后成炭或是液态。(见下)。对于一个热塑性材料,定义材料的热特性。材料可被看作是thermally-thick或thin,对于前者,定义厚度DELTA(m),密度DENSITY(kg/m3),导热系数(thermal conductivity )KS或RAMP_KS(w/m/k),定义定压比热c-p或RAMP_C_P(KJ/m2/k)或分别定义厚度,密度和
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热c-p或RAMP_C_P(KJ/m2/k)。默认的厚度是0.1m,密度是450 kg/m3,假如材料是thermally-thin不需定义导热系数。
热塑性的燃烧率用下式表示:
m’’=Aρse-E/RT (5.1)
材料密度ρs也可直接由参数描述,或有其他参数推导。最好还是直接描述密度,系数A由‖A‖命名组定义,单位是m/s。E,激活能量,由‖E‖命名组定义,单位KJ/Kmol。记住1Kcal是4.184KJ,小心1000这个因子。对大多数实体燃料,A,E不易得到。然后,假如他们已知则都描述出来。不要因为他们是一对而只写一个。若A,E未知,事实经常是这样,描写MASS_FLUX_CRITTCAL(Kg/m2/s)和TMPIGN(℃)。但燃料表面达到TMPIGN温度时,以MASS_FLUX_CRITTCAL速度燃烧,可引导选择A,E。注意温度时摄氏度读入,但在程序里则转化为开氏温标。MASS_FLUX_CRITTCAL默认值是0.02 Kg/m2/s,默认的TMPIGN是5000℃。(换句话说,无燃烧发生)
若固体是热塑性时,记得包含HEAT_OF_VAPORIZATION(KJ/Kg) 5.7.2炭质燃料
默认的,燃烧物被认为是同性的并燃烧在表面发生的,然而,许多材料在内部燃烧,在SURF行设PHASE=′CHAR′,然后定义材料的未燃度和炭化度。对于纯的(未燃)材料,那些特性有厚度DELTA(m),密度DENSITY(kg/m3),导热系数(thermal conductivity )KS或RAMP_KS(w/m/k),定义定压比热c-p或RAMP_C_P(KJ/m2/k),对于炭化燃料,参数相似:CHAR_DENSITY, KS_ CHAR,或RAMP_KS _CHAR,C_P_CHAR或RAMP_C_P_CHAR。
作为热塑性材料燃烧性质由相似的参数描述:
m’’=A(ρs-ρc) e-E/RT (5.2)
未燃材料的密度ρs和炭化材料的密度ρc都可由DENSITY和CHAR_DENSITY直接写出。系数A由‖A‖命名组定义,单位是m/s。E,激活能量,由‖E‖命名组定义,单位KJ/Kmol。对大多数实体燃料,A,E不易得到。另一种方法是描写MASS_FLUX_CRITTCAL(Kg/m2/s)和TMPIGN(℃)。但燃料表面达到TMPIGN温度时,以MASS_FLUX_CRITTCAL速度燃烧,可引导选择A,E。注意温度时摄氏度读入,但在程序里则转化为开氏温标。MASS_FLUX_CRITTCAL默认值是0.02 Kg/m2/s,默认的TMPIGN是5000℃。(换句话说,无燃烧发生)
记住假如作为炭化燃料,需包括HEAT_OF_VAPORIZATION(KJ/Kg)。注意HEAT_OF_VAPORIZATION指的是热分解前原始材料气化的。由表面的热流模拟未燃材料炭化结果并不是有效的值。
描写炭化材料的附加参数是MOISTURE_FRACTION,给出未燃材料的含水量。现给出一个炭化材料的描述,仅仅作为一个例子: &SURF ID=′SPRUCE′ PHASE=′CHAR′
MOISTURE_FRACTION=0.05 DELTA=0.01 TMPIGN=360.0
HEAT_OF_VAPORIZATION=500. DENSITY=450. RAMP_KS=′KS′, RAMP_C_P=′CPV′, RAMP_C_P_CHAR=′CPC′, RAMP_KS _CHAR=′KS C′, CHAR_DENSITY=120. WALL_POINTS=30.
BACKING=′INSULATED′
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& RAMP ID=′KS′,T=20.,F=0.13/ & RAMP ID=′KS′,T=500.,F=0.29/ & RAMP ID=′KSC′,T=20.,F=0.077/ & RAMP ID=′KS′,T=900.,F=0.16/ & RAMP ID=′CPV′,T=20.,F=1.2/ & RAMP ID=′CPV′,T=500.,F=3.0/ & RAMP ID=′CPC′,T=20.,F=0.68/ & RAMP ID=′CPV′,T=400.,F=1.5/ & RAMP ID=′CPV′,T=900.,F=1.8/
5.7.3液体燃料
对于液体燃料,在SURF行定义PHASE=′LIQUID′热参数与有厚度热边界层固体相似,液体蒸发率由Clausius-Clapeyron方程给出(参看FDS技术指导)。这个方法的唯一缺点是不管何种燃点源气体燃料都燃烧,即,如果定义PHASE=′LIQUID′燃料立即开始燃烧,一个液体燃料的例子如下: &SURF ID=′METHANOL′
HEAT_OF_VAPORIZATION=1101. PHASE=′LIQUID′ DELTA=0.01 KS=0.20
DENSITY=900.
C_P=2.5 TMPIGN=65./
注意,TMPIGN是液体的蒸发温度,用与固体导热相同的方程由导热系数,密度和热容等计算液体的热损失。显然,液体的导热重要,但在模型中不给予重视。
5.8液体燃料液滴的燃烧
由于喷淋得液滴蒸发已归纳,所以可模拟喷嘴液体燃料。在合适的PART行写语句FULE=.TRUE.可追踪燃料蒸发,喷口的描述与喷淋相同。燃料特性的描述如下: &PART ID=′heptane′,FUEL=.TRUE., VAPORIZATION_TEMPERATURE=98.0. HEAT_OF_VAPORIZATION=316.0 SPECIFIC_HEAT=2.25,
DENSITY=688.0,?/
液体燃料的蒸发温度是摄氏温度,蒸发热单位是KJ/Kg,热容单位KJ/Kg/K,密度单位Kg/m3,FUEL=.TRUE.自动采用一个混合部分计算,在其中从喷嘴蒸发的液体当稀释到适当的值时就燃烧。注意这个模型是脆弱的且受网格的影响,若网格太粗糙,蒸发液体稀释到不能燃烧的度,可由燃料的类型和从喷口中喷出的量来解决这个问题。 5.9 水喷淋模型
人们一直怀疑由水喷淋的灭火模型的可靠性,因为喷淋头的长度小于一个网格的宽度。在气体灭火方面,火焰由于低温或缺氧而熄灭。关于气态灭火详情见4.4.3节
对于固体物质、水通过对燃料表面降温减少燃料热释放率还改变释放可燃气的化学反应。若燃料设定HEAT_OF_VAPORIZATION,不需要多设其他的灭火参数。假定影响燃料表面的水从热分解过程带走能量并因此降低燃料的燃烧率,若将表面设定HRRPUA(单位面积热释放速率),需给出水灭火的度的参数,
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