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FDS说明书打印 - 图文

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描述水的灭火性的经验的方法是通过指数函数定义热分解的减少。燃料燃烧损失由下式列出

m’’f(t)= m’’f,0(t)e-fk(t)dt (5.3)

m’’f,0(t)是无水时用户给定的单位面积燃烧率,k是单位面积水质量的函数。m’’w单位kg/m2 k(t)=E_COEFFICIENTm’’w(t)S-1 (5.4) E_COEFFICIENT是经验值,单位m2/ kg/s 通常燃料很复杂时用这个灭火算法,如纸盒形物品

用在灭火计算中另一种参数是燃料的POROSITY。或者因为它的吸水性,或者因为它内部的凹陷使水不能像瀑布一样流下。POROSITY和E_COEFFICIENT默认值都是零,并在SURF行对二者都要描述。 5.10可见度

若用混合方法作火灾计算,烟中混有其他的燃烧的主要成分,在这种空间,可见性最有用的量是。 减光系数,K[10],通过烟气距离为L的单色光强度按下面公式衰减:

I/I0?e?KL(5.5)

减光系数K是烟气粒子浓度ρYs与Km的乘积

K??Km?Ys (5.6)

可利用公式(5.7)评估烟气能见度:

S?C/K (5.7)

C为烟气中可见物的无量纲特征值,例如当为发光标志时C=8,当为反光标志时C=3,由于K是变量,

所以S随K 改变而改变,FDS能追综烟气产生浓度的变化。

通常采用三个参数来描述烟气浓度和能见度,每一个参数在REAC行输入。第一个参数是SOOT—YIELD,它是可以转换成碳烟燃烧材料的分数;第二个参数MASS_EXTINCTION_COFFICIENT,即为公

2m/kg,第三个参数是式(5.6)中的Km,当燃烧材料为木材和塑料时建议其默认值为7600

VIISIBILLITY_FACTOR,即公式(5.7)中的常数C,其默认值为3,

切片,Plot3D或热电耦输出量减光系数是K,能见D度S通过关键字visibility输出。 5.11分层高度及高层和低层平均温度

防火专家通常需要评估燃烧小房间内热烟气与冷烟气的分界面,相对简单的火灾模型就是参考这两低

层和高层的平均温度来直接计算。在FDS 的软件中,没有明显两层分区,而是一个连续温度画面,并依据垂直温度画面估测分层高度和平均温度的方法。例如:令温度T为连续函数T(z)在z轴上的函数,这里z=0为地面,z=H是顶棚。定义Tu为上层温度,TL为低层温度,Zint为分界高度,根距能量守恒定律得:

H(H?zint)Tu?zintT1??0T(z)dz?I1 (5.8)

和质量守量定律(假定为理想气体)得:

(H?zint)联立解得:

111H?zint??0dz?I2TuTtT(z) (5.9)

zintT1(I1I2?H2)?I1?I2T12?2T1H (5.10)

利用Simpson’s规则联合方程I1和I2,得到公式(5.11)。有关这个过程讨论在Ref.【11】

在Smoke view中的Slice(SLCF)文件或在“thermocouple”(THCP) 输入文件中的a spread sheet 文件显示分层高度(LAYER HEIGHT)、上层温度(UPEPER TEMPERATURE)和低层温度(LOWER TEMPERATURE),例如输入:

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﹠THCP XYZ=2.0,3.0,0.5, QUANTITY=′LAYER HEIGHT′, LABEL=′whatever′ /

即在x=2和y=3时,作为烟气层高度的记录,z=0.5没被使用,只要在PKIY行中定义了z的范围内,z可为任意值,因此THCP是可以忽略的,通常低层到高层的范围为1?K?KBAR,对此的改变,加参数K _LOW和K_HIGH到THCP或SLCF行,注意每一个网只能设置一个极限。

如果使用多个网格,THCP相应网格到XYZ坐标上,如果同一点上如2个或多个网格重复,要控制网格的下限,即在输文件列入网格,在Slice文件中,加参数MESH_NUMBER到SLCF行,表明网格被直接使用,这样减少计算时间。 5.12渗漏

在FDS计算中存在渗漏。在计算中需满足以后个条件: 一)与小房间外样一致的计算区域的边界设定; 二)在外墙上无门窗洞口; 三)只采用一种网格;

如果满足以上条件,在MISC行上描述LEAK-AREA,并在SORF行上设定墙质(无论是否在外边界上),

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程序规定渗漏与Leaking相符,LEAK-AREA(渗漏面积,m)为:

AL?Vp?/2(P0?P?)(5.12)

V为给定大气压P0(Pa)下气流速度(m3/S),P?是空气密度(kg/m3). 5.13 室外火灾和流动

室外模拟火灾与室内相类似,而这里有几种有用参数可调用,第一,随高度增加的风速很容易被描述。在任意洞口处风速侧面图为抛物线,而在SURF行中参数PROFILE可设定为其它图,例如,PROFILE=′PARABOLIC′即为以峰值为VEL的抛物图,而设定空气风速图,其形式以u=u0(z/z0)p变化。如果描述大气风速图时,用Z0代替Z,PLE代替P,VEL参考M。

室外模拟中另外一个重要参数是大气的温度下降率,尤其在大气的开始几百米内,温度每千米减少几摄氏度。DT0DZ是以单位℃/m大气下降率,在室外计算时这个参数必须被设置,这个范围的高度是几十或几百米,默认值是DT0NZ=–g/cp?-0.0097℃/m。

图5.3是室外场景的一个例子,在图5.4里给出了相应的数据输入,TANKS是由规则的圆柱体构成,火被设定在TANKS顶部,计算每个边界时需要考虑风因素。 5.14 2D和轴对称图形计算

在FDS中利用空间笛卡尔坐标系解决方程,通过在&GRID行设置JBAR=1的语句,可以完成平面笛卡尔坐标和柱坐标(轴对称图形)的计算,通过轴对称可用&PNIM行中的YBAR参数代替XBAR参数。无边界条件时应设置y=YBAR0

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或y=YBAR,而不是在RBAR=0的轴对称计算中设定X=RBARO,YBAR与YBAR0的区别很小,所以Smoke view在2D能被显示,图5.5表示了轴对称helium plume的图像,图5.6为其相应数据的输入。 5.16 Fine—Tuning辐射传热模型

在解决辐射传热的等式中,有几种方法可以改进部分程序的完成,这几种方法大部分增加了计算机时间,两种操作模式——灰色气体模型(默认)和大空间模型[1],通过RADI修改过此模型。如果运行灰色气体模型,在整体参数NUMBER—RADIATIDN —ANGLES行中可增加许多参数,在TIME—STEP—INCREMENT行中可以减少辐射时间3分钟,在ANGLE—INCREMENT行中可以减少5参数。如果设置了语句TIME—STEP—INCREMENT和ANGLE—INCREMENT为1,在单一的时间段里辐射区域会扩大。 由于液体的渗入影响辐射吸热的参数有以下:RADTMP是假定的辐射源温度,在液体渗入的交叉部分和分散计算中使用它,默认温度为900℃,NMIEANG是函数中极平面的离散点,增加NMIEANG可改进液体渗入的辐射特性的精确度,精确度在初始阶段能被观察到,而不是在实际的模拟期间NMIAENG的默认值.

如采用六边模型,设置WIDE—BAND—MODEL=.TRUE..当燃烧是相对无碳黑量时,这种模型可以采用,因为它加入大量有效的计算,加三处燃烧源须设置CH4—BANDS=.TRUE.,更多细节参考FDS技术指南。

值得注意的是,辐射在混合燃烧模型中已被设定。如果在混合燃烧模型没有使用,而VARBON DIOXIDE作为燃烧物被描述的话,辐射仍被使用或者语句RADI中吸收系数KAPRA0被设定,同时仍要注意,通过如入语句RADIATION=FALSE到MISC语句中可以减少辐射传热(可以节约CUP时间20%)。用于等量计算,辐射可自动减少。如果发生燃烧和辐射减少,那么在REAC行中的RADIATIVE—FRACTION语句从总的热释放速率中减掉在计算中完全消失辐射能量。 5.17 重力

在FDS使用中通常假定FDS的方向与z轴相反,或者更简单为向下。然而,对于斜层顶和烟窗其重力需要改变,例如,在MISL行中重力矢量的三个数和具表达式GVEC=0.0,0.0,-9.81(单位m/s2),这是一个默认结果,它可以在任何方向进行更改。

注意:如果喷淋是指定的,重力矢量无须改变,通常沿固体滴下的液体的逻辑控制轨道被假定为重力方向与Z轴相反。 5.18 等温线和盐水模拟

FDS是专门的火灾模拟软件,而且它还可以被应用在其它流体模拟中。首先,MISC行列中,设置ISOTHERMAL=.TRUE.。逻辑参数表明在计算时未改变温度并无辐射传热,因此减少大量的计算时间。 模拟混合的淡盐水实验是模仿建筑中烟气运动。虽然FDS很少被使用在这方面,但仍能解决淡盐水的相互作用。这些特征数据输入如:

&MISE ISOTHERMAL=.TURE.,BANCKGROUND-SPECIES=′FRESHWATER′, DENSITY=1000.,VISCOSITY=1.0E-3,SC=1. /

&SPEC ID=′SALT WATER′, DENSITY=1052., VISCOSITY=1.0E-3 /

在输入文本中,要定义盐水的边界条件。注意FRFSH WATER和SALT WATER 没有特殊含义只是代码,它是由密度、粘性和SC来确定,如没有指定DNS=TRUE

,计算则以大旋涡模拟计算,在这个实例中粘性作为低范围的smagorinsky粘性而SC通常与离散物质稠度有关。

5.19 不规则几何

FDS的最大特点是简化的数字网格,然而,存在特定的几何特征不能符合矩形网格。在这些实例中,采用矩形来构建曲线几何,这个程序称为“stair stepping”。 值得关注的是stair stepping改变墙体附近的流动模式,规定参数SAWTOOTH=.FALSE.来减墙体附近流动域内的梯级挤压,语句OBST可组成封闭梯级,参数的作用是避免在尖角处形成旋涡,缓解构成封闭的矩齿状,这不是解决问题的唯一办法,但是提供了一种简化的方法。通过在尖角处增加障碍物不受约束,确保不规则流动域。

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