目前广泛应用的两层区域模型方法容易理解,计算量少,运算速度快。但是,由于只将室内空间简单地划分成上下两个控制区域,其计算结果不能提供诸如室内垂向的温度分布和烟气浓度分布等更为详细的火灾过程信息。为此,本文从室内火灾的物理现象出发,根据室内火灾时高度方向上温度场存在温差梯度,烟气层存在浓度梯度的实际情况,将室内空间在竖直高度上划分为任意多个水平控制区域(层)。通过假定每个水平控制层内的物理参数(如温度、压强、烟气浓度等)为均匀分布,并运用质量守恒原理、能量守恒原理、组分守恒方程以及理想气体状态方程,建立了一个可以获得火灾发展过程中温度和浓度垂向分布的多层区域模型。同时,在对组成多层区域模型的各分过程进行深入探讨的基础上,建议或提出了较合理的包括热释放速率、烟气质量生成速率、开口流动、传热等在内的子模型。通过对室内温度、压强、密度三个独立物理量的相互耦合,能较合理地模拟单室火灾全过程中温度、烟气浓度的发展变化。 在多层区域模型的理论基础上,利用数值方法建立了数值模型,并通过编程对单室火灾全过程中垂向上的温度、烟气浓度发展变化进行了数值计算和分析。并将数值模拟结果与Steckler的单室火灾实验结果进行了对比。结果表明,本文所建立的单室多层区域模型是合理和可信的。 此外,利用MATLAB6.5可视化编程工具建立了一个具有GUI界面的前后处理模块,并将其与建立的多层区域数值模型的计算模块进行了整合。在友好的GUI界面下,建筑几何数据采集和火灾模型数据采集的工作量大大减少,大幅度的提高了工作效率;计算结果的动态演示和数据查询变得方便;对提高建筑火灾数值模拟分析的效率有较大的作用。