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FDS火灾动力学实验的设计与解读(3)

时间:2024-11-23 21:11来源:98767
用旋转的圆筒,以丙酮为燃料进行火旋风实验用4块合围板组成棱边角上留有垂直狭缝的顶端开口的矩形通道,进行火旋风实验通过大涡模拟技术对Emmons和

用旋转的圆筒,以丙酮为燃料进行火旋风实验用4块合围板组成棱边角上留有垂直狭缝的顶端开口的矩形通道,进行火旋风实验通过大涡模拟技术对Emmons和Ying的实验进行了数值模拟通过使用流量可视化技术在风洞中进行关于火旋风形成机制的实验酒精的燃烧速率约为普通油池火的三倍;当小尺寸火旋风火焰高度超过约0.63m时,能够显示出与大尺寸火旋风的大多数特征。增加外加环量能稳定增加燃烧速率、火焰高度和最高温度;火焰内部为富燃区,其温度稍低于火焰温度。对火旋风影响最大的物理参数是开缝的尺寸;火旋风的温度主要受到体积热源影响;当火焰高度超过通道侧壁高度时,吸入流减少,火旋风遭到破坏火旋风火焰高度增大,半径减小,火焰中轴线上的温度随着环流通量的增加先减小后增加大型火灾的对涡可能是发生在火灾的顺风区的火旋风的一个原因,并且它沿顺风方向脱落

2FDS软件概述

FDS(FireDynamicsSimulator)是美国国家技术和标准研究所(NIST)研究开发的一款流体力学计算软件[15]。该软件是可以免费使用的,经过了许多人实验的验证,它的稳定性、可靠性足以被证明,因此在火灾模拟研究中得到了广泛的应用,并且一直不断的进行更新和完善[16]。

模型主要被分为两大部分。第一部分为求解微分方程,是软件主要使用的计算方法,需要用户创建文本文档,编写出有效的代码提供主程序运行。第二部分的功能是将计算结果模拟出来,FDS还包含着这一个叫为Smokeview后期处理程序,它能将动态场景显示出来,可以通过它直接了解计算的结论,比如动画视觉效果、二维图、三维图等。此外,还可以设置热电偶,记录下各种物理量的变化数据,这些数据都记录在一个名为***_devc的Excel表格中,后期可以单独提取分析。在FDS中,通过热电偶可以检测出的物理量可包括速度(W、U、V)、压力、温度、密度等。可以从这些数据中得到火灾发展的规律

[17]。

2.1FDS方程

2.1.1FDS求解的基本方程

FDS中的所运用到的方程包括:能量守恒方程、动量守恒方程、质量守恒方程[18]。通过这三个方程可以FDS可以计算任何流体的流动。

质量守恒方程:又可以叫连续性方程( 质量守恒定律在微元体中的应用),数学描述为:[单位时间流出的质量]-[单位时间流入的质量]=[单位时间质量的累积或者增量] ,主要说明一个系统中流体中的密度的变化是守恒的。可以用与计算不可压缩和可压缩流体、理想和实际流体、稳态及非稳态流动。

质量守恒方程(连续性方程):

动量守恒方程(牛顿第二定律):也称为理想流体的运动方程(牛顿第二定律在流体力学上的具体应用),它阐述了理想流体的密度、速度、压力与外力之间的复杂关系。流体计算中涉及到的参数主要有面积力和体积力,面积力主要由压力和粘性力组成,而体积力包含的范围较为广泛,主要分为重力、电磁力、分子间相互作用力以及惯性力等几个方面。可适用于理想流体,不可压缩流体和可压缩流体的计算,方程比较复杂。

——粘性应力张量,Pa;g——重力加速度矢量;

——动力粘性系数(流体),PasP——压力,Pa;

s——变形速率张量。

律在流体力学中的实际应用)。可以解释为:能量既不会无缘无故地产生,也不会无缘无故地被消耗,但能量可以从一种形式转化成另一种形式,即系统的总能量变化等于它损失和得到的能量之和。如果一个系统处于隔绝状态,没有能量或质量损失的得到。对于此种状态,可以用能量守恒定律表达为:孤立系统的总能量保持不变。由此,如果把自然界看作一个独立的整体,虽然自然界中的物质和能量在不断进行传递和转换,但总能量是恒定的,不会损失。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。 FDS火灾动力学实验的设计与解读(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205074.html

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