第一章_建筑防火性能化设计的.pptVIP

评估模型 建立在科学实验、计算模型和概率分析基础上的评估模型可对设计方案在建筑火灾中的实际应用效果进行测算和模拟，并判断其是否能实现既定的性能目标。在火灾安全评估中有许多数评估模型，其中有两种较复杂的评估模型被认为是评价性能设计的最重要的评估模型: (一)区域模型; (二)场模型 (一)区域模型 区域模型通常把房间分为两个控制体，即上部热烟气层与下部冷空气层。在火源所在的房间，有时还增加一些控制体来描述烟气羽流与顶棚射流。试验表明，在火灾发展及烟气蔓延的大部分时间内，室内的烟气分层现象相当明显。因此人们普遍认为区域模拟给出的近似相当真实。 (一)区域模型 目前使用的比较多的、有典型作用的区域模型是由美国NIST开发的计算多室火灾与烟气蔓延的CFAST模型。CFAST可以用来预测用户设定火源条件下建筑内的火灾环境。用户需要输入建筑内多个房间的几何尺寸和连接各房间的门窗等开口情况、壁面结构的热物性参数、火源的热释放速率或质量燃烧速率以及燃烧产物的生成速率。该模型可以预测各有关房间内上部烟气层和下部空气层的温度、烟气层界面位置以及代表性气体浓度随时间的变化。 (二)场模型 场模型也称作CFD模型，即计算流体动态模型。因为，这种模型的流体动态理论的平衡方程，如Navier-Stokes平衡方程，需通过数值方法解出。场模型可以应用于模拟封闭系统中三维、非正常、具有强辐射和浮力效应的端流燃烧过程，其计算非常复杂。近十年来，火灾场模拟技术和计算流体力学的应用已使人们确，它可以取得令人满意的计算结果。该模型尤其适用于模拟类似天井、通廊似的封闭火灾环境。目前高速计算机和有效的数值计算方法，已大大缩短了该模型的计算时问，增强了其应用性。 (二)场模型 场模拟是一种更加先进，但是更加复杂的方法，这种方法需要海量计算。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)是用数学方法，通过求解代表物理定律的数学方程，来预测流体流动、热传输、质量传输、化学反应和相关现象的学科。较为有名的有CFX、FLUENT、STAR-CD等。而专业用于消防的软件也已经实用化，包括PHOENIX和FDS。 (二)场模型 FLUENT软件采用有限体积方法，提供了三种数值算法： Segregated Sol— ver、Coupled Explicit Solver和Coupled Implicit Solver。其他任何一个商用 CFD软件都仅能提供其中的一种。FLUENT的网格生成器GAMBIT，具备突出的非结构化的网格生成能力，被公认为目前商用CFD软件最优秀的前置处理器。 (二)场模型 FLUENT软件提供了丰富的物理模型，包括理想气体、真实气体模型，多种燃烧模型，各种物性参数，旋转系统模型，传热模型，针对外流场与内流的特定的边界条件等。另外，FLUENT软件包含了8种工程 上常用的湍流模型，而每一种模型又有若干子模型。其他任何软件都没有像 FLUENT这样提供如此丰富的物理模型。 (二)场模型 FDS软件是由美国标准与技术研究所(NIST)开发的，用于预测在拟定的最不利的可信设计火灾下所导致的火灾环境。该模型是一个基于有限元方法概念的计算流体动力学模型。 FDS输出数据图 (二)场模型 FDS模型的输入数据包括：空间环境温度，建筑内物品的燃烧特性类型，灭火系统的影响，烟气的性质，考虑或不考虑某些障碍物的影响(例如挡烟垂壁)，为搜集有用数据所需的模拟时间，网格划分(计算精确度)，所要测量的数据的类型及位置(数据采集)，设计火灾等。 (二)场模型 除了未经处理的输出数据外，FDS模型还提供了多个图形输出模式，有助于直观地观察数据，如“截面文件”、“等值面”、“热电偶”以及“边界文件”等。输出数据的图形显示通过一个名为Smokeview的程序来处理，这一程序专门开发用显示FDS的输出数据。 (二)场模型 从上述介绍可以发现，FLUENT软件作为大型商业软件的杰出代表，在模型制作、网格划分、湍流模型等方面具有无与伦比的优势，其劣势为虽然具有燃烧模型，但是没有为消防专门进行过优化，模型配置需要较强流体力学背景；而FDS作为专业消防的惟一一款免费软件，也具有相当的普及性，但是只能用矩形来模拟复杂形状，结果会有一定程度失真。 (二)场模型 两款软件各具优缺点，应用时应当注意扬长避短。在建筑几何形状复杂，且几何形状对烟气的流动有明显影响的情况下，建议采用FLUENT软件，虽然无法直接获得诸