室内火灾过程的计算机模拟

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在各灾种之中,建筑火灾对人类的危害最大最直接。如何提高建筑火灾防护的科学性和有效性,是摆在建筑火灾研究人员面前的一项难题。从基础理论研究入手,研究火灾发展的过程吸其特点,将其应用到设计阶段,是目前最需要的方法。本文提出对室内火灾过程的场模拟,以典型的建筑单室结构及火灾荷载为例,实现了对室内火灾发展过程的三维场模拟研究。 在前人燃烧蔓延研究成果的基础上,本文首先提出了对火源的实时动态模拟。在逐一分析了不同位置的起火源传热方式之后,建立了可燃性固体水平表面火焰蔓延的数学模型。在模型中充分考虑了燃烧反应产生的可变边界条件的影响,并选取了合适的可燃性固体蔓延判定条件。 利用被广泛采用的κ-ε双方程模型、湍流燃烧模型和六通量型辐射换热模型对室内火灾发展过程建立了三维非定常数学模型。这个模型共由9个偏微分方程和2个模型简化方程及理想气体状态方程的相互耦合构成。 以目前在计算传热学、计算燃烧学中普遍使用的控制容积法为基础,对偏微分方程进行了离散化处理。根据实验研究的条件,在 SIMPLE 计算程式的基础上,对日本成田税务署的值班室进行了实例计算。通过实验数据和计算数据的对比分析,验证了模型的正确性。 本研究在火灾规律研究领域首次建立了室内火灾过程三维数值模拟,同时对建筑设计中室内火灾危险性分析及防火设计评价有重要的应用价值。
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