FDS火灾数值模拟

２０１１年第３７卷第５期　Ｍａｙ　２０１１　工业安全与环保　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　・５３　・　

基于ＦＤＳ的某超市火灾时人员疏散的数值模拟　

张洁　，　刘晓娟　

（１．安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南２３２Ｏｏ１；　

２．煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南２３２００１；３．［￣Ｊｌｌ矿山安全技术培训中心成都６１００１７）　

摘要运用ＦＤＳ（Ｆｉｒｅ　ＤｙｎｓｉＴｌｉｅ￣Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）软件对一大型超市内的人员在火灾情况下疏散过程进行数值模拟。通过对　模拟结果的分析，得出了可用疏散时间和必需疏散时间。　

关键词超市火灾火灾模拟人员疏散　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆＥｖａｃｕａｔｉｏｎｉｎ　ａ　ＳｕｐｅｒｍａｒｋｅｔＦｉｒｅＢａｓｅｄ　Ｏ１１ＦＤＳ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ　・　ＬＩＵ　Ｘｉ∞ｉｕａｌｌ３　

（１．Ｓｃｈｏｄ　ｏｆＥｎｅｒｇｙ　ａｎｄ＆Ｃｅｔｙ，Ａｎｈｕ／Ｕｎｉｖｅｒｓ／ｔｙ　ｏｆＳｃ／ｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｄｍｏ／ｏｇｙ　Ｈｕａ／ｎａｎ，Ａｎ／ｍｉ　２３２００１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＦＤＳ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｆｉｒｅ　ａｎｄ　ｅＶＳＣＵａ［ｉＯｔｌ　ｏｆｐｅｒｓｏｎｓ　ｉｎ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｓｕｐｅｒｍａｒｋｅｔ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｖａｉｌａｂｌｅ　

ｓａｆｅｔｙ￣＇ａｅｕａｔｉｏｆｌｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎｔｉｍｅｔｕ＇ｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ｆｉｒｅ　ｉｎ　ｓｕｐｅｒｍａｒｋｅｔ　ｆｉｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｅｍｏｎ　ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ　

０　引言　火灾时现场人员能否安全疏散与其生命安全息息相关，　

如何有效预防和减少人员伤亡，已成为当前公共安全领域的　

第6卷第4期2008年12月水利与建筑工程学报JournalofWaterResourcesandArchitecturalEngineeringVol.6No.4Dec.,2008󰀁

收稿日期:2008󰀁09󰀁08󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁修回日期:2008󰀁09󰀁18作者简介:于󰀁群(1981󰀁),男(汉族),辽宁鞍山人,硕士研究生,主要从事建筑结构抗火性能的研究。浅析FDS火灾模拟与应用于󰀁群,刘󰀁畅,张󰀁亮(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168)摘󰀁要:FDS(FireDynamicsSimulator)是火灾模拟中的一个重要软件。它根据建筑和火灾的特性,通过对火灾场景的模拟,以简单直观的形式动态显示出火灾发生的全过程,并在计算过程中获得较准确的火灾相关参数,如温度场分布,烟气流动及热辐射等。基于FDS软件的使用,在设定火灾发生场景时,主要包括空间尺寸的定义、网格划分、模拟时间的设定、火源设置、障碍物的设定及其边界条件等。该软件采用先进的大涡流模拟技术,在时间和空间的预测上具有二阶精度,得到众多实例的验证,在建筑结构和火灾安全工程领域应用十分广泛。关键词:火灾;场模拟程序;温度场;计算机模拟中图分类号:X4;TU998.12󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1672󰀁1144(2008)04󰀁0124󰀁03AnalysisonFireSimulationandApplicationBasedonFDSYUQun,LIUChang,ZHANGLiang(CivilEngineeringCollegeofShenyangArchitecturalUniversity,Shenyang,Liaoning110168,China)Abstract:BasedonthefieldsimulationprogramFDS(FireDynamicsSimulator)isamajorfiresimulationsoftware.Ac󰀁cordingtothecharacteristicsofabuildingandfireandthroughsimulatingthefirescene,thewholefireprocessisdis󰀁playeddynamicallyinasimpleandintuitiveform,andsomefire󰀁relatedparametersareobtained,suchasthetemperaturedistribution,thesmokegasflow,thethermalradiationandsoon.BasedontheFDSsoftware,thesettingofthefirescenemainlyincludes:thespacesize,meshinggrids,simulationtime,fireresource,obstacles,boundaryconditionsandsoon.Byusingtheadvancedsimulationtechnologyofbigswirl,thesoftwarehasthesecond󰀁orderaccuracyintimeandspace,itisverifiedbyagreatnumberofsamples,andappliedinthebuildingstructureandfiresafetyengineeringfields.Keywords:fire;fieldsimulationprogram;temperaturefielddistribution;computersimulation1󰀁概述近年来,计算机技术的蓬勃发展,引导了科学研究的各个领域,成为科研深讨中不可缺少的工具。其中,计算机的模拟和仿真技术已经成为火灾科学研究的重要手段。各种火灾模拟软件也在不断的涌现,比较有名的火灾模拟软件有FDS,CFAST和FA3等[1]。FDS(火灾动力模拟)是由美国国家标准局建筑火灾研究实验室开发的基于场模拟的火灾模拟软件,在火灾安全工程领域中应用十分广泛[2]。FDS是一个由CFD(计算流体力学)分析程序开发出来的专门用于研究火灾烟气传播的模型,可以模拟三维空间内空气的温度、速度和烟气的流动情况等[1]。2󰀁FDS的使用FDS火灾动力模拟软件由两部分组成,分别是FDS和Smokeview部分。其中,FDS部分主要是用来完成对火灾场的创建和计算阶段。而Smokeview部分则是对FDS计算结果的可视化,它以三维动态的形式显示火灾发生的全过程。在这里着重介绍FDS的使用方法。2.1󰀁设置空间尺寸设定物理空间尺寸通过PDIM来命名,物理界面的长度单位是米,它表示一个简单的长方体。空间的大小是由长方体的对角线长度决定的。物理空间的一点坐标是(X0,Y0,Z0),对角点坐标是(X,Y,Z)。预设时,可将X0,Y0,Z0的值设为0,这样主界面的尺寸就可以直接从X,Y,Z轴上得到。例如:&PDIMXBAR=6,YBAR=4,ZBAR=3/,表示模拟计算区域是一个6m󰀁4m󰀁3m的长方体,空间的一点坐标是(0,0,0),对角点坐标是(6,4,3)。2.2󰀁设置模拟时间Time是一组用来定义模拟持续时间和开始时间的名称组。通常只需要列出模拟持续时间就可以进行计算。用参数TWFIN(TimeWhenFinish)表示,它的单位是秒。例如:&TIMETWFIN=600/,表示要模拟火灾持续的时间为600s。2.3󰀁定义栅格单元尺寸栅格尺寸的设定是FDS计算过程中的一个重要环节。当栅格设置适当时,不但能提高计算结果的精确度,而且能缩短计算时间,提高计算效率[3],达到事半功倍的目的。GRID名称列表组包含了每个栅格单元的各种尺寸。它是由IBAR(X方向上的尺寸),JBAR(Y方向上的尺寸),KBAR(Z方向上的尺寸)三个方向的尺寸组成。通常,较长的水平方向可被当作X方向,Z方向统称被设为垂直方向。在这里要注意的是栅格单元越接近于立方体越好,也就是说单元的长宽高应尽量接近,这样计算的结果就越准确。理论上讲,网格划分越细,计算的结果就越准确,而一个火灾场通常有数十万甚至上百万的网格组成[4]。因此,要想使计算结果更加准确,就得以牺牲大量的计算时间为代价。另外,计算中的一个重要部分必须使用基于傅立叶快速转换公式(FFTs)的泊松分布法[5],栅格单元尺寸应符合2l3m5n这一模数(l,m,n均为整数)。例如:32=25,72=2332都是符合栅格单元尺寸。而39,121等就不符合。2.4󰀁火源的设定一般来讲,火源设置分为两个步骤,包括火源的位置和火源的大小。通常的火源位置通过OBST语句设置,火源的大小用HRRPUA语句来设置。下面分别来介绍火源的设置方法。2.4.1󰀁火源位置的设置在FDS的场模拟中,OBST语句可以用来创建立方体火源,把火源的边界条件分别设置在长方体的六个面上。例如:&OBSTXB=2.5,3.0,2.5,3.0,0,0.5,SURFIDS=󰀁FIRE󰀁,󰀁FIRE󰀁,󰀁INERT󰀁/表示相对于原点而言,火源的一点坐标为(2.5,2.5,0),另一点的坐标为(3.0,3.0,0.5),上表面着火,侧面着火,下表面不着火。&OBSTXB=2.5,3.0,2.5,3.0,0,0.5,SURFID6=󰀁FIRE󰀁,󰀁FIRE󰀁,󰀁FIRE󰀁,󰀁FIRE󰀁,󰀁FIRE󰀁,󰀁INERT󰀁/表示相对于原点而言,火源的一点坐标为(2.5,2.5,0),另一个点的坐标为(3.0,3.0,0.5),上表面着火,侧面着火,下表面不着火。以上两条语句的功能是相同的,均是指在OBST所创建实体的上表面和侧面着火,下表面不着火。不同的是SURFIDS和SURFID6所要表达的方式:参数SURFIDS用来表示所创建实体的上表面,侧面和下表面的边界条件。而参数SURFID6用来表示所创建实体的六个表面的边界条件。2.4.2󰀁火源大小的设置火源热释放率的大小通常用HRRPUA语句来设定,它表示具有恒定热释放率的火源,其单位是kW/m2(千瓦每平方米)。例如:&SURFID=󰀁BURNER󰀁,HRRPUA=1000/,表示火源名称为BURNER,它的热释放率为1000kW/m2。2.5󰀁创建障碍物在场模拟计算中,用OBST语句来列出障碍物的信息,每个OBST行包括计算域内矩形固体的坐标。这个固体默认为两个点(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2),分别表示长方体的体对角线坐标,后面紧跟着障碍物的边界条件等信息。例如:&OBSTXB=0.24,1.44,3.76,5.76,0.00,0.50,SURFID=󰀁SPRUCE󰀁/表示障碍物的一点坐标为(0.24,3.76,0.0),另一点坐标为(1.44,5.76,0.5)的长方体,其外表面是由SPRUCE(云杉)制成。其中SPRUCE的具体参数可以在文件名为database4.data中查到,在FDS进行模拟计算时,可直接调用database4文件中的相关参数。2.6󰀁设置平面信息片通过FDS进行场模拟时,利用SLCP名单组可以记录空间任意一个平面的火灾相关参数,包括温度、热释放率等。例如:&SLCFPBZ=2.0,QUANTITY=󰀁TEMPERATURE󰀁/&SLCFPBZ=2.0,QUANTITY=󰀁HRRPUV󰀁/&SLCFPBZ=2.0,QUANTITY=󰀁MIXTUREFRACTION󰀁/&SLCFPBZ=2.0,QUANTITY=󰀁RADIANTIN󰀁TENSITY󰀁/上述语句表示某一时刻,在竖直方向Z=2m层处的温度、热释放率、混合物的质量分数和热辐射强度,这些数值都可以在Smokeview里直观地显示出来。3󰀁应用实例本文以一个普通单室为研究对象,利用场模拟程序FDS,对火灾发生场景进行设置,能较为真实的模拟出在设定火灾场下的火灾发生过程,得出房间的温度场分布,烟气流动情况等。本实验对一个4.5m󰀁6m󰀁3.2m的单室进行了火灾模拟,室内设有沙发、床、衣柜等家具,其详细布置如图1所示。单室内还应该设置开口:门和窗部分,以保证通风和排烟的目的。由于火灾大小还与房间内部可燃物的材料有关,应该分别加以定义:房间墙壁是由混凝土制成,桌子和沙发等可燃物的材料是云杉和装潢材料等,混凝土、云杉等材料的物理参数作为火灾模拟的边界条件,这些材料的详细参数存储在FDS数据文件中。根据房间的特性和布置情况,起火处设置在床上,设定其热释放率为1000kW/m2,房间的初始温度设室温为20󰀁。

第１９卷　２０ｌ　２年　第１期　１月　安全与环境工程　

Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｌ＿１９　ＮＯ．１　Ｊａｎ．　２０１　２　

基于ＦＤＳ的地下停车场火灾数值模拟分析　

徐文强，刘　芳，董龙洋，李列平　

（中国地质大学工程学院，武汉４３００７４）　

摘要：目前我国地下停车场发展迅速，但一旦发生火灾，往往会造成严重的后果。本文利用火灾模拟软件ＦＤＳ　

对某医院地下停车场进行了火灾数值模拟，通过设定不同的工况条件，对比分析了各工况条件下火灾的发展过程，　以探讨排烟系统和自动细水雾喷淋系统对地下停车场火灾的灭火降温作用。该研究对防止地下停车场火灾蔓延　及帮助人员安全疏散具有重要的意义。　关键词：地下停车场；火灾；ＦＤＳ　中图分类号：Ｘ９２８．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—１５５６（２０１２）０１—００７３—０４　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｉｒｅ　ｏｆ　Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　Ｐａｒｋｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

ＦＤＳ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

ＸＵ　Ｗｅｎ—ｑｉａｎｇ，ＬＩＵ　Ｆａｎｇ，ＤＯＮＧ　Ｌｏｎｇ—ｙａｎｇ，ＬＩ　Ｌｉｅ—ｐｉｎｇ　

（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐａｒｋｉｎｇ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｖｅｒｙ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｂｕｔ　ｏｎｃｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｐａｒｋ—　

ｉｎｇ　ｉｓ　ｏｎ　ｆｉｒｅ，ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｃａｕｓｅ　ｖｅｒｙ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ＦＤＳ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐ－　

1. FDS的启动

FDS4：FDS4

FDS5：FDS5 CHID.fds

2. FDS中的具体命令行：

SURF ID 和SURF_ID、MATL ID 和MATL_ID的区别：

SURF ID :是属性行

SURF_ID：是obstruction和vent等的引用行（通过此行给obstruction和vent添加属性）

3.FDS中的RESTART

A。在输出文件家中添加CHID.stop文件可以在该文件夹中产生.restart的文件，有这个文件并在input文件中的 &MISC RESTART=.TURE就可以在停掉FDS后接着原来的时间继续往下算。

B。在 &DUMP DT_RESTART=N

可以在断电或是stop文件之后自动按照ns的时间来自动保存restart文件，所以，再通过&MISC RESTART=.TURE就可以在停掉FDS后接着原来的时间继续往下算。

FDS5

介绍

2010-06-18 09:32:29| 分类： FDS | 标签： |字号大中小 订阅

第一章

导言

FDS解决了数控一种形式的纳维尔-斯托克斯方程适合低速，热驱动流与重点烟雾和热量传递，

从火灾。制订该方程和数值算法是包含格式技术参考指南[ 1 ] 。

Smokeview是一个独立的可视化程序，是用来显示的结果是一个格式模拟。

详细说明 Smokeview被发现在该用户的指南Smokeview第5 版[ 2 ] 。

1.1FDS的特点

第一个版本的FDS已经开始公开发表在2000年2 月。至目前为止，该模型大约有一半已用于

设计的烟雾处理系统和自动喷水灭火/探测器活化研究。另一半则包括住宅及工业消防重建。

在其整个发展，FDS 已着眼于解决现实的问题，消防火灾防护工程，而在同一时间内提供一

种工具来学习基本的消防动力学和燃烧。

水动力模型FDS解决了数控一种形式的纳维尔-斯托克斯方程适合低速、热驱动流，重点是