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室内火灾过程的计算机模拟

闫幼峰  
【摘要】: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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