浅谈火灾模拟技术的应用与发展

对火灾模拟技术进行了综述,介绍了火灾模拟技术在国内外的应用,对我国火灾模拟技术发展进行了展望。     

某歌舞厅火灾调查中的数值模拟应用探讨

将数值模拟技术应用于某歌舞厅火灾调查案例,根据火灾调查要求设定不同的工况并进行了相应的数值模拟实验。对模拟结果进行分析,结合火灾现场照片、现场平面图、现场勘察笔录、询问笔录等进行印证对比。采用逻辑分析方法,从起火点、起火时间和灾害成因的认定等方面验证有关证据和火场现象的可靠性。     

模拟试验在火灾原因认定中的应用

就模拟试验在火灾原因认定中的作用,火灾模拟试验应注意的问题和火灾模拟试验的发展方向作了阐述。     

电缆隧道火灾分析及计算机模拟

对电缆隧道火灾进行了分析,应用火灾动力学模拟软件FDS对电缆隧道火灾过程进行了计算机模拟,并对其火灾发展过程和防火保护措施进行了初步讨论。结果表明,电缆隧道为高火灾危险场所,在火灾情况下,隧道内维持较高温度,电缆将持续燃烧,火灾具有发展迅速、结构可能严重损伤、烟气量大、有害气体浓度高、扑救困难等特点,对其火灾危害性应引起足够重视。     

小室火灾中水喷淋有效性的数值模拟研究

以某小室火灾为研究对象,采用多维计算机数值模拟技术,使用大涡模拟方法,分别对有水喷淋和无水喷淋两种工况下小室内部温度和烟气密度变化趋势进行模拟计算,并对计算结果进行详细分析;同时结合实际场景有无水喷淋的工况,对其进行温度、能见度和一氧化碳浓度的对比分析。结果表明,水喷淋对小室火灾具有明显的降温作用,对一氧化碳有很好的抑制作用。但由于水喷淋和烟气的相互作用,关键高度处的烟气密度有所升高。模拟结果为小室火灾的水喷淋设提供了科学依据。     

Revit与PyroSim在火灾烟气模拟中的结合应用

以火灾烟气模拟为背景,探索Revit与PyroSim在火灾烟气模拟中结合应用的可行性,分析了这2款软件间模型移植的兼容性,并提出优化解决方法。因2款软件在建模和模拟方面各有着重,在进行火灾烟气模拟时应合理搭配软件进行使用,取长补短,以确保模型的真实性和美观性,以及模拟结果的科学性和准确性,提高建模效率。     

基于BIM的火灾模拟与安全疏散分析

随着国内建筑数量在不断增加,建筑发生火灾时的人员安全疏散成为重要问题。本文选用某一建筑作为研究对象,利用Revit软件建立3D模型并分别导入火灾模拟软件Pyrosim和人员疏散软件Building Exodus中,将3D模型转换为火灾模型和疏散模型,根据对火灾的具体描述在疏散软件中进行人员安全疏散分析, 并将分析结果与火灾模拟时间对比,优化建筑模型以达到安全要求。将BIM建筑信息模型运用到公共建筑安全疏散中充分体现其数据化、可视化的特点,为今后人员疏散具有重要指导意义。     

地铁火灾数值模拟研究最新进展

火灾是地铁系统中危害最大而发生频次最高的事故。由于火灾实验具有一定的破坏性,加之地铁运营、安全等因素的限制,以及技术手段的局限,数值模拟被更多地应用到地铁火灾的预测和防控研究中。本文主要论述地铁火灾数值模拟研究的前沿进展,对现有主要的模拟软件和软件中有待完善的问题进行综述和分析,为地铁火灾数值模拟的研究提供参考。     

应用FDS进行单室火灾场模拟分析

本文基于成熟的火灾模拟方法,和建筑烟气扩散领域的理论及实验成果基础上,应用美国标准技术研究局开发的场模型工具FDS,对单室火灾进行了场模拟分析。结果显示：火源的释热率值、房屋的单室门窗状况等对着火房间内热值、烟气浓度以及温度场的分布特性的均有主要影响,随着火源释热率的增大,室内热烟气的温度迅速升高,而且房屋的通风面积越大,火灾发展越剧烈,上层热烟气温度越高,室内整体温度也越高。本文的研究结果对于房间内火灾控制具有一定的参考价值。     

地铁区间隧道火灾排烟通风模式分析

采用理论分析、CFD数值模拟分析等方法对北京某地铁单隧道发生火灾时的通风排烟系统的各种可能运行模式进行了分析,分析结果表明,不同的模式下通风排烟效果相关很大,同时火灾发生的位置不同,相应的最优通风排烟模式也有所不同。     

基于PHOENICS的地下工程岩土耦合传热动态模拟

传统的静态极限设计方法已经不能满足地下工程内部环境保障系统设计的经济合理有效要求。本文主要针对深埋地下上程的间歇加热工况,对工程内部环境与周围岩石的温度分布及耦合传热情况进行动态分析,并进一步指导动态设计。简化间歇机制下深埋拱形地下建筑的数学物理模型,采用整场求解方法,通过建立流体和固体区域的统一控制微分方程,将复杂的固体导热与流体对流换热通过彼此互为边界条件耦合起来。整个数值模拟过程采用大型计算软件PHOENICS3．4进行求解,并对现有软件程序加以改进得出经验模型,使CFD软件能更广泛应用于地下工程的通风空调设计中,为求解非稳态的导热和对流换热耦合问题提供了一种新的可行研究方法。此外还具体分析了进风风速、室内热源等方面的因素对温度分布的影响。     

考虑人员逃生公路隧道火灾控制风速研究

公路隧道火灾人员逃生与控制风速关系密切。本研究基于PHOENICS软件,建立了矩形、圆形及马蹄形断面下二、三及四车道9种计算模型,选取了大客车(20 MW)及无载重货车(30 MW)2种火源释放率, 选取了2.0 m/s、2.5 m/s、3.0 m/s、3.5 m/s及4.0 m/s的入口风速共计40种主要常见火灾工况,考虑了纵向通风对人体极限温度承受值的影响,采用了杨涛修正的动态火源释放率曲线及周勇狄修正的克拉尼公式,选用了适当的人员逃生条件,给出了每种工况8个特征时刻的10个特征点的温度值及曲线图,给出了燃烧5 min、12 min、30 min后火源处的纵横断面温度云图及中轴面烟气云图,给出了对应于火源燃烧位置上下游8个特征位置下人员逃生的忍受时间与逃离时间。研究得出:在基于人员逃生条件下矩形断面隧道在火源释放率为20 MW时二车道控制风速为3.0 m/s,三、四车道均为2.5 m/s;30 MW时二、三、四车道控制风速均为3.5 m/s,圆形与马蹄形断面隧道在火源释放率为20 MW时二、三、四车道控制风速均为3.5 m/s,30 MW时二车道控制风速均为4.0 m/s,三、四车道均为3.5 m/s。在火灾发生1 min后,人员以1 m/s从火源上下游进行疏散均可安全逃生。     

一种岩体裂隙时效扩展的数值模拟方法及验证

 鉴于岩体中存在大量的微缺陷,假定数值模型中每个单元均含有一条长度和倾角具有正态分布的无厚度虚拟微裂纹。通过断裂力学理论及裂隙扩展模式,判定这些微裂纹的扩展速率及模式,当微裂扩展至单元边界,则此单元破坏。这些破坏的单元相互搭接连通,则形成宏观破裂面。以改进的Burgers模型为例,将上述方法嵌入FLAC数值软件,对完整岩石、单裂隙岩体及双裂隙岩体进行单轴压缩和双轴压缩蠕变数值试验。将数值模拟结果与试验结果对比,验证所提出的岩体裂隙时效扩展数值模拟方法的有效性。     

单洞双向公路隧道火灾人员疏散救援研究

为了研究单洞双向公路隧道在发生火灾时隧道内部人员的逃生问题,首先结合PHOENICS计算软件建立了某特长单洞双向隧道的计算模型,其次参考实际情况选取了5 MW、20 MW及30 MW下的共计27种火灾计算工况,通过计算得出了火灾的烟雾场、温度场、CO、能见度以及控制风速的情况。进一步结合以上研究成果,并借助于Pathfinder人员疏散软件,以Crane修正模型及FED死亡模型为基础,同时以“高温CO”叠加伤害为原则,进一步从上述27种工况中选取10种典型计算工况对人员的疏散逃生情况进行了分析研究。研究得出:对于火灾规模为20 MW时,在交通堵塞的情况下人员能够在613.5 s内安全疏散,且无人员死亡;当火灾规模为30 MW时,在交通堵塞的情况下,主隧道纵向通风风速为1.0 m/s和2.0 m/s时,人员不能安全疏散,主隧道纵向通风风速为3 m/s时,人员能安全疏散,但疏散速度最慢的人员安全性难以保证,故建议30 MW火灾下主隧道的纵向通风风速应大于3 m/s。     

室内空气自然对流换热的数值模拟研究

应用PHOENICS软件对自然对流换热条件下室内空气温度场和速度场进行了数值模拟，并对温度场的模拟结果进行了实验验证。结果表明，模拟计算值与实验值吻合得较好。     

Fire simulation in road tunnels

The catastrophic tunnel fires since the year 1999 and a series of accidents in some tunnels in the summer of 2001 triggered extensive discussions and proposals relating to tunnel safety. When a fire occurs in a tunnel, and in absence of sufficient air supply, large quantities of smoke are generated, filling the vehicles and any space available around them. Unless a strong flow is created and maintained, hot gases and smoke migrate in all directions. With a weak airflow, smoke forms a layer along the tunnel ceiling and can flow against the direction of forced ventilation, interfering with personal evacuation. This paper shows the results of a computer fire simulation in a tunnel and the results of this simulation: air velocity, air temperature and wall temperature in the case of fire. The simulation started before the emergency ventilation system is activated and continued with the fans activated to control the smoke.     

海底公路隧道火灾数值模拟

利用FDS对某海底公路隧道进行研究,分析典型火灾条件下,纵向通风对热烟气逆流距离、隧道顶部温度以及隧道内横通道风流变化的影响。结果表明,在0.25 m/s的火灾初期通风条件下,热烟气逆流距离和火源附近拱顶温度超过安全临界温度的范围随火灾规模增大而增大;在3 m/s的灭火期通风条件下,两者随着纵向通风风速增加而减小;隧道内横通道风速先增大,后减小。     

利用计算机建模再现火场

对于火灾调查人员而言，NFPA 921《火灾和爆炸调查导则》是一个被广泛接受的标准方法。该导则认为科学方法是进行复杂火灾调查的基础。在使用这种科学方法时，消防工程分析是先进的取证技术的重要组成部分。     

Empirical validation of building energy simulation programs

The largest-ever exercise to validate dynamic thermal simulation programs (DSPs) of buildings has recently been completed. It involved 25 program/user combinations from Europe, the USA and Australia, and included both commercial and public domain programs. Predictions were produced for three single-zone test rooms in the UK. These had either a single-glazed or double-glazed south-facing window, or no window at all. In one 10-day period the rooms were intermittently heated and in another 10-day period they were unheated. The predictions of heating energy demands and air temperatures were compared. The observed interprogram variability was highly likely to be due to inherent differences between the DSPs, rather than the way they were used. Predictions of the difference in performance of two rooms were no more consistent than predictions of the absolute performance of a single room. By comparing the predictions with the measurements and taking due account of experimental uncertainty, the DSPs that are likely to contain significant internal errors are distinguished from those which, in these tests, performed much better. The likely sources of internal error are discussed. It is recommended that empirical validation exercises should consist of an initial blind phase in which program users are unaware of the actual measured performance of the building, and then an open phase in which the measurements are made available. The work has produced five empirical validation benchmarks, which have significant practical benefits for program users, vendors and potential purchasers. There is considerable scope for improving the predictive ability of DSPs and so suggestions for further work are made.