火灾计算机模拟技术发展现状浅析

随着计算机科学和数值计算方法的发展,人们开始运用火灾计算机模型直接求解描述火灾过程的数学方程,这种结果有助于人们更深入、更全面地了解火灾过程.介绍了火灾模拟软件的发展及几款常用的软件,并针对我国火灾模拟发展状况提出了一些建议.     

通过模型试验与数值模拟对隧道火灾烟气控制策略的研究

为满足隧道火灾安全体系研究方面的需要,本文以中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的隧道试验台为对象,进行了比例模型隧道火灾试验,并利用Fire Dynamics Simulator(FDS)软件对该实验在不同纵向风速控制条件下的火灾烟气层沉降速度进行了计算机模拟,通过试验与模拟结果的对比,给出了不同纵向通风速度下,隧道火灾时烟气层沉降速度的变化规律,并提出了烟气分层化临界风速这一概念,为隧道火灾的控制、救援和人员疏散提供了一定的参考价值.     

基于ASHARE-140标准的建筑热过程模拟结果对比校验——以DeST为例

基于美国暖通工程师协会ASHRAE-140国际建筑能耗模拟软件对比标准,采用对比测试法,对建筑能耗模拟软件计算内核的准确性进行全面检验,并对计算结果的稳定性进行评估,是目前国际上主流的建筑能耗模拟软件均参与的验证过程。本文重点针对ASHRAE-140标准2014版本展开分析。首先本研究细致对比了ASHRAE-140标准2014版本和2007版本在算例设定上的差异,并讨论了发生算例变动的主要原因。进而,以清华大学自主开发的DeST建筑能耗模拟分析软件为研究对象,采用ASHRAE-140标准2014版本,对DeST进行检验、勘误和修正。在对比过程中,本文重点分析了太阳辐射二次透射损失、遮阳计算、表面换热系数输入方法对模拟软件计算结果的影响程度,并通过案例设计着重分析对计算结果影响较大的参数设置以及造成模拟差异的算法原因。从计算结果来看,DeST软件与其他模拟软件计算结果的差异基本控制在10%内。本文的研究工作展示了ASHRAE-140国际建筑能耗模拟软件对比标准在检验内核软件的开发质量以及可靠性研究方面的有效作用。通过本研究的验证过程,可以对DeST软件在计算建筑性能方面的有效性和全面性有一个合理的判断。     

基于ISO9705房间木垛火试验的FDS模拟预测研究

为了验证FDS模拟的有效性和可靠性,在ISO 9705试验房间内进行一定荷载的木垛火试验.利用火灾动力学模拟软件FDS针对同样的火灾场景进行模拟计算,比较不同网格配置对模拟结果的影响.结果表明:Multi-block 格点配置是最佳的格点配置形式,其模拟得到的木垛火热释放速率变化、烟气温度变化、CO2 体积分数变化的结果能够很好地与实测值吻合,但对CO体积分数不能准确模拟;Multi-block能够在不降低计算精度的前提下,降低格点数目,减少计算时间,节约计算成本.     

火灾能见度对地铁人员疏散速度影响的仿真研究

基于火灾动力学理论与大型换乘地铁站火灾特点,利用FDS软件（郑州大学超算中心6.7.5版本）对郑州紫荆山地铁站进行火灾数值模拟,通过布置在地铁站台层、站厅层、转换层各个区域以及所有楼扶梯处的火灾探测点,分析火源位于地下四层的二号线站台层时能见度随时间的变化情况。根据能见度与速度的折减公式,计算不同时间节点的速度折减系数。然后在Pathfinder（2020版本）车站疏散模型各区域中导入人群疏散速度折减系数,并与速度未折减时的情况进行对比分析,得到更加精确的疏散人员动态速度。结果发现在靠近火源位置且跨度为两层的楼扶梯上更容易发生人员滞留。     

建筑外结构形式对火灾扩散的影响

火灾往往是通过外窗向上层迅速蔓延,这是高层建筑火灾难点问题。火灾的特殊性是无法进行现场模拟,这严重制约着火灾扩散的研究水平。当前兴起的计算流体力学软件CFD,特别是pyrosim和smokeview等专业火灾仿真软件,可以很好地仿真火灾的温度场以及烟雾扩散。本文通过计算机建模技术和计算机仿真研究建筑外结构形式对火灾扩散的影响。研究发现,建筑外墙的悬挑长度对于火灾扩散的控制有着很大的影响效果。     

建筑火灾场模拟计算中的网格独立性 --建筑防火性能化设计的若干问题探讨

建筑火灾的计算机模拟是建筑防火性能化设计的重要组成部分，场模拟是建筑火灾计算机模拟的主要方法之一。在场模拟计算中网格独立性分析直接影响计算结果的误差，甚至影响计算结果是否定性合理。通过对网格独立性问题进行研究和探讨，以求科学地认识和理解场模拟计算在性能化防火设计中的正确使用。     

数值模拟技术在大空间化工火灾调查中的应用

以一起火灾事故为研究背景,结合数值模拟软件进行模拟研究,通过网格独立性分析、单罐模型模拟和全尺寸模拟三个步骤重构了火灾场景。对比模拟结果和现场勘查结果以及火灾监控录像,验证了模拟的准确性。模拟结果表明:吸收系数越大则反应釜罐壁越容易燃烧,辐射的强度和间距成非线性关系。4个监测点的数据拟合出经验公式,可用于粗略计算不同间距下的辐射强度。全尺寸的模拟结果为火灾调查提供依据的同时也提出了改进的建议。     

场模拟在超大空间仓库建筑性能化设计中的应用

运用场模拟软件FDS对乌鲁木齐国际机场三期改扩建工程进行分析,通过设置不同的火灾场景,计算火灾热辐射对相邻货区的影响,解决超大仓库防火分区的问题.     

基于大涡模拟的火灾数值模拟网格划分优化方法

摘 要：网格划分是火灾数值模拟的重要环节,对模拟结果的精度以及模拟时间有很大影响。针对火灾数值模拟中的网格划分问题,提出了一种基于大涡模拟的网格划分优化方法。根据大涡模拟的原理,给出了滤波尺度的计算方法,并根据滤波尺度和网格比系数对火场中不同区域的网格尺寸进行优化处理。将优化方法应用于高层建筑火灾的数值模拟,运用FDS软件分别针对优化前网格、优化后网格以及精细网格进行数值模拟,对不同网格划分下的温度、氧气和二氧化碳体积分数进行比对。结果表明：网格优化后,模拟结果与精细网格之间相关系数的均值为0.987,保证了模拟精度;同时,模拟运行时间降低为精细网格的16%,有效提升了火灾模拟的计算效率。     

规则六面体多重网格生成方法的研究

本文介绍了CFD前处理技术的重要性和网格自动生成技术的发展现状,根据多重网格法的基本思想和应用,开发了基于Windows平台的前处理软件,实现了规则六面体多重网格的自动生成。在进行网格划分时,该软件可以根据需要对边界进行疏密不同的局部单重网格划分,然后在单重网格基础上进行加密划分,最后建立粗细网格间的节点坐标映射,生成多重网格。采用此软件,对室内空气数值模拟中的典型几何模型进行了网格划分,生成了高质量的规则六面体网格,从而证明了该软件能有效且方便地应用于室内空气数值模拟中。     

位于老采空区上的门式刚架结构抗变形性能分析研究

根据煤矿老采空区地表移动变形规律 ,利用ANSYS软件模拟计算了老采空区“活化”引起的地表变形对门式刚架结构产生的内力影响。通过分析数值计算结果 ,研究了轻钢结构整体变形的特点及其不同部位受附加内力作用的情况。给出了提高轻钢结构整体抗变形性能的保护措施     

不同送风速度下空调房间的气流组织数值模拟

以办公室空调房间为研究对象,运用计算流体力学(CFD)中Fluent软件数值模拟,对不同送风速度下空调房间的速度场、温度场进行三维数值模拟,对比分析不同送风速度对气流组织的影响。通过对几种不同工况下不同空间位置的速度云图、温度等值线图的分析,得到了不同送风速度对房间气流组织及热舒适性的影响。     

建筑结构混合试验平台HyTest开发研究

拟动力试验是一种重要的结构抗震联机试验方法,近年来出现了网络化、有限元化和实时化的趋势,形成了混合试验方法。鉴于混合试验分支多样,涉及数值分析、加载设备与控制等多个学科,为了方便试验的实施与技术的发展,迫切需要使用混合试验平台。为此开发了建筑结构混合试验平台HyTest,能够实现全结构拟动力试验、传统子结构拟动力试验、本地及分布式的基于静力子结构的混合试验和基于动力子结构的P2P混合试验。试验平台采用MTS二次开发编程库VB-COM连接试验控制系统,还可以调用有限元软件OpenSEES和ABAQUS进行数值子结构的分析。为了开展分布式的混合试验,该平台采用Socket通讯机制实现子结构间的数据传输,并采用带中转服务器的通讯模式,解决不同局域网之间的数据传输问题。利用该平台完成了6自由度单层单跨钢框架混合试验,验证了该试验平台的有效性。     

数值模拟软件在锻造工艺中的应用

锻造零件工艺的制定一直靠经验和多次试验来完成。利用MSC.SuperForge软件,对锥形板镦粗工艺,进行数值模拟,并结合物理实验结果加以分析,为锻造生产现场中确定毛坯尺寸、制定成形工艺参数提供依据;同时对数值模拟结果和实际结果进行了验证,以证明数值模拟的精准性。     

动力机器基础设计的数值方法研究

在“数值方法”总的思路指导下 ,结合动力机器基础振动的特点 ,把土与基础视作一弹性共同作用体系 ,利用大型工程分析软件ADINA ,分别对简单地基条件下基础不同振型及复杂地基条件下的耦合振动进行了系统的数值试验 ,并将所得的结果与相应条件下由《规范》方法与Lysmer比拟法计算的结果进行了对比分析 ,验证了数值计算方法对于动力机器基础设计的系统性、可行性与优越性     

Verification of the accuracy of CFD simulations in small-scale tunnel and atrium fire configurations

In preparation for the use of computational fluid dynamics (CFD) simulation results as ‘numerical experiments’ in fire research, the agreement with experimental data for two different small-scale set-ups is discussed. The first configuration concerns the position of smoke-free height in case of fire with vertical ventilation in an atrium. The second set-up deals with the critical velocity for smoke backlayering in case of fire in a horizontally ventilated tunnel. An N-percent rule is introduced for the determination of the presence of smoke in the simulation results, based on the local temperature rise. The CFD package FDS is used for the numerical simulations. The paper does not scrutinize the detailed accuracy of the results, as this is hardly possible with any state-of-the-art experimental data at hand. Rather, the global accuracy is discussed with current numerical implementation and models in FDS, considering continuous evolution over different version releases with time. The agreement between the experiments and numerical simulations is very promising. Even when quantitative agreement with experimental data is not perfect, the trends are very well reproduced in the simulations. While much additional work is required, both in CFD as in ‘real’ experiments, the results are encouraging for the potential of state-of-the-art CFD to be used as numerical experiments.     

蒸发器总成流动与换热性能研究

针对某汽车空调蒸发器总成换热效率低问题,采用实验与数值模拟相结合的方法进行研究。蒸发器简化为多孔介质模型,应用star ccm+软件进行数值模拟,对比分析数值模拟结果与实验结果验证了数值模拟的可行性。应用star ccm+软件对蒸发器总成性能进行数值仿真,得到其内部速度,温度和压力分布,研究发现风道内存在涡流和偏流现象,风道结构对蒸发器的换热效率有很大的影响,并提出优化方向。     

盾构施工中注浆因素对地表沉降的影响研究

以天津地铁某区间工程为依托,采取现场监测和数值模拟相结合的方式,利用FLAC3D软件模拟盾构开挖动态过程,研究隧道开挖对地层变形的扰动规律,发现考虑注浆孔分布的非均匀注浆形式模拟最接近实际情况,通过数值模拟有效地模拟了现场实测结果,进而将结果推广,得到各种注浆参数对注浆效果的影响。数值模拟结果表明:一定范围内注浆压力越大土体沉降越小,当注浆压力大于一定值时(本例为0.2MPa,各地区情况不同),对地表沉降的影响不再明显;注浆不及时的地表沉降明显大于注浆及时的情况,同步注浆可以很大程度上减少土体的沉降值;在一定范围内增大注浆量可以有效地减少地面沉降,即地面沉降随盾尾空隙填充率的增加而减少。