顶部开口舱室火灾特性的数值模拟研究

合集下载

火灾风险评估的数值模拟及其应用

火灾风险评估的数值模拟及其应用火灾是一种常见的灾害，不仅会给人们的生活和财产带来巨大的损失，还会对城市和环境产生影响。

为了防范和控制火灾，需要对火灾进行风险评估，以便对火灾的发生概率和损失范围进行预测和预防。

数值模拟技术是一种有效的火灾风险评估方法，其应用范围广泛，效果显著，为火灾风险评估提供了有力的支持和保障。

一、数值模拟技术介绍数值模拟技术是一种通过计算机模拟物理规律的方法，将实际物理过程进行数值计算，预测和分析其变化规律的科学技术。

利用数学方法对物理规律进行建模，通过有限元、边界元、有限差分等数值方法将模型转化为计算机可以处理的数值问题，进而进行计算和分析。

数值模拟技术具有计算速度快、模型精度高、实验成本低等优点，可以模拟和预测很多实验无法进行或难以进行的实际问题。

二、火灾风险评估的数值模拟方法在火灾风险评估中，数值模拟技术可以通过对火灾发生的概率、火场温度分布、烟气扩散、火势蔓延等关键因素进行模拟和预测，提供火灾风险评估的重要依据。

其具体方法如下：1.建立火灾数学模型首先需要根据火灾情况和评估对象的特点，设计和建立数学模型，将火场的温度、烟气、火焰等物理量进行建模，得到数学关系式。

2.确定边界条件和物理参数在建立数学模型后，需要确定火场模拟的边界条件和物理参数，包括起火源的位置、火场的形状、建筑物和装修材料的热力学参数、气态物质性质等。

3.选择数值方法进行计算在确定边界条件和物理参数后，需要选择适当的数值方法进行计算，将数学模型转化成计算机可以处理的数值问题。

如常用的数值方法有有限元、有限差分、边界元等。

4.模拟和分析火场过程通过数值模拟，模拟和分析火场温度分布、烟气扩散、火势蔓延模式、热辐射等关键因素的变化规律，得出火灾风险评估的结论。

三、数值模拟技术在火灾风险评估中的应用数值模拟技术在火灾风险评估中的应用非常广泛，主要包括：1.确定建筑物的消防等级利用数值模拟技术可以预测建筑物火灾的扩散和影响范围，确定建筑物的消防等级和消防设备标准，为消防设计提供参考。

载人航天器舱内火灾烟雾分布规律数值模拟研究

０ｍｓ。．／］８［一旦发生火灾，２不仅会使航天员受到热和毒
气的威胁，使舱内设备及构件受到损坏，而且还可能
境火灾烟雾运动及浓度分布情况研究，指导火灾探测器的布置。基于火灾燃烧试验的破坏性和火灾数
值模拟软件ＦＳ在微重力领域研究的有效应用【” Ｄ８］＿，
ｇ
ｊ空间站实际舱体的基本结构，设计并示／
３微重力强迫通风环境烟雾输运规律
３１实验舱强迫通风条件下流场分布数值模拟．
勺实体模型。实验舱的主要功能是模拟空
结构特征和强迫通风烟雾流动情况，从与实际空问站类似的结构边界条件与强
为１１。为保证航天员生存和舒适，内保持０Ｏ舱
气压约ｌｔａｍ、氧含量略高于２％、气体流速０２１．～
出了适合于航天器的火灾探测器。然而，在微重力
环境中由于缺乏自然对流，探测器不能与常重力环境一样布置在顶棚位置处。因此需要开展微重力环
迫通风火灾烟雾运动及分布规律的研究还没有相关报道。
种机电设备层叠密布，航天员的操作活动空间甚小，
通畅性较差，个人逃逸受到限制，可利用的灭火资源非常有限，存在发生火灾的可能性。微重力密闭空间强迫通风是载人航天器（包括空间站、载人飞船和航
第１８卷第１期
２１年１０２月
载人航天
ＭａｎｄＳａｅｉｈｎｅｐｃｆｇｔｌ

通风开口对轰燃影响的数值模拟

收稿日期:2001204230;修改日期:2001206212基金项目:国家自然科学基金重点项目资助(59936140)第10卷第3期火　灾　科　学V ol.10,N o.32001年7月FIRE SAFET Y SCIENCEJul.2001文章编号:100425309(2001)0320167204通风开口对轰燃影响的数值模拟宋　虎,杨立中,范维澄(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026)摘要:轰燃是建筑火灾中的一个重要的火现象,室内局部火的发展过程中,热烟气向火源基底辐射,在一定条件下会产生正反馈,导致热烟气温度和火源释放速率急剧增加,从而转变成遍及整个房间的大火。

轰燃的产生与否受到很多因素的影响,尝试利用CFAST 对轰燃现象进行数值模拟,讨论了不同的通风开口条件对轰燃发生时热烟气温度和热释放速率的影响。

计算结果表明,当开口面积固定时,竖直开口比水平开口需要更大的火源释热速率。

另外也指明了,多数情况下用CFAST 对轰燃进行计算是可能的,但在某些临界条件下计算会终止。

关键词:轰燃,通风,室内火灾中图分类号:TK 121 文献标识码:A图1　轰燃的发展过程0　引言轰燃是建筑火灾中的一类特殊火灾现象。

当气体可燃物因泄漏而充满整个房间,并与室内的空气相混合,形成了一定混合比的预混可燃气后,一旦遇到明火而点燃,火焰将迅速充满整个房间,并点燃其它多个可燃物;或者是房间某处着火后,释放出大量热量,在这个热量的作用下,其它可燃物发生了热解、气化反应,产生了大量的可燃性挥发性气体,该气体与室内空气混合形成了有一定混合比的预混可燃气,当条件满足时,局部的小火会急剧增长,并向周围的可燃物迅速蔓延,从而发展成为波及整个房间的大火。

轰燃表征了在极短时间内局部火的增长率和强度都有大幅度提高,具体表现为室内所有可燃物表面都开始燃烧[1]。

火灾一旦发展到了轰燃阶段,其火势就会变得难以控制。

图1显示了轰燃发展的整个过程。

舱室火灾轰燃现象重构实验与数值模拟

技术的发展，利用适当的计算机软件对火灾事故进行重构，既可节约大量资金和宝贵时间，又可以得到调查所需的火灾发展中各种动力学特征参量，是目前火灾事故调
查的重要辅助手段。
垂誊消防勰论研究囊
舱室火灾轰燃现象重构实验与数值模拟
陈晓洪。杨枫。李其修，吴向君（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉４３００３３）
摘要：为了研究船舶封闭舱室火灾轰燃现象，首先用非
“¨ ¨ －・¨¨ ¨ 。ｌ＿ ¨ ｝。ｌｌ ¨ ｌ ¨。 ‘ ｌｌ ¨ ＿－・ ¨ ¨ Ｉ一。Ｉｉｎ，，．，ｏｌ＿ｌ ¨ 。ｌｌ ¨ ｌ・。。 …ｉｎｉ．，＇ｌｌＩｌ ¨ ’ ” Ｉｉｉｏ，ｏ，ｑ。ｌｌ ¨ ¨。Ｉ “ 。－‘ Ｉ ‘ －一 … ｌ。ｌ ¨ｌ・ ” ０ ¨ ＂ ‘ ‘ ’ ¨ ¨ Ｉ一。ｌｌ ¨ 。Ｉ。－
中图分类号：Ｘ９１３．４。Ｕ６７４．７
文献标志码：Ａ
文章编号：１００９ —００２９（２０１３）０４ —０３５４ —０４
风控制、火灾由发展期进入最盛期的标志，因此，针对轰燃进行火灾重构可为火灾调查提供重要的判断依据。１轰燃发生的临近判据由非线性动力学理论，认为上层烟气温度Ｔ随时间

开口舱室内细水雾与油池火相互作用的数值模拟

中图分类号Ｕ６６３．８
文献标志码Ａ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＷａｔｅｒＭｉｓｔａｎｄＯｉｌＰｏｏｒＦｉｒｅｉｎＯｐｅｎｉｎｇＣａｂｉｎ
ＺＨＡＯＢｏ，ＬＩＵＢｏｙｕｎ，ＲＥＮＧｕａｎｇｌｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００３３，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
２０１８年第５期总第３４５期
文章编号：１０００—３８７８（２０１８）０５—００２８—０５
造船技术
ＭＡＲＩＮＥＴＥＣＨＮ（）Ｌ（）ＧＹ
ＮＯ．５（）ｃｔ．，２Ｏ１８
开口舱室内细水雾与油池火相互作用的数值模拟
赵博，刘伯运，任广鲁
水雾的灭火过程可以分为３个阶段：火焰温度快速下降阶段、火焰温度稳定阶段和火焰温度缓慢下降阶段。当
开口无气流流入时，火焰熄灭是由细水雾蒸发冷却和隔氧窒息共同作用的结果；当开口流入气流速度为２ｍ／ｓ
（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉４３００００）
摘要基于火灾动力模拟软件（ＦｉｒｅＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＦＤＳ）对开口舱室内细水雾与油池火的相互
作用进行数值模拟，探讨当开口无气流流入和流入气流速度为２ｍ／ｓ时细水雾的灭火机理。研究结果表明，细

水平开口有限空间油池火燃烧特性分析

Abstract：［Objectives］ The confined spaces such as the ship's engine room usually has a horizontal opening at the ceiling，and the particularity of the position and shape of the opening results in a significant
difference between the combustion characteristics of the fire in such space and those of the building fire. In order to understand the fire characteristics of the horizontal ceiling opening of the ship's engine room，［Methods］ the combustion characteristics of the fire such as the flame-extinguishing characteristics，
confined space fire are divided into "oxygen-lack extinguishing" mode caused by insufficient O2
concentration and "fuel-lack extinguishing" mode caused by depletion of combustibles. In the "oxygen-lack" mode，the flue gas mixture is entrained into the flame to participate in the combustion process. The critical O2 concentration for self-extinguishing of flame is between 13% and 16.5% ，and the

顶棚水平开口对细水雾灭室内火的影响研究

１实验方法
雾的灭火时间。实验表明，开口位置与火源的距离越大，灭火
时间越短；而开１：７面积越大，灭火时间越长。・
关键词：室内火灾；顶棚水平开口；细水雾灭火机理；灭
火时间
灭火实验在图１所示的试验箱内进行。试验箱长、宽、高均为１．５ｍ。实验室前壁为５ｍｍ厚的钢化玻璃，
高温烟气在浮力作用下始终处于紧靠顶棚的上层区域，
而空气则位于靠近地面的区域。在此情况下，空气能够直接进入燃烧区域补充燃烧消耗的氧气。而当舱室顶棚水平开口时，高温烟气受浮力驱动从开口向上流出，新鲜
中图分类号：Ｘ９２４．４。ＴＵ８９２
文献标志码：Ｂ
文章编号：ｌ００９Байду номын сангаас—００２９（２０１３）０３ —０２８０ —０４
其余壁面由水泥石膏板制成。通过前壁钢化玻璃可观察
室内燃烧和烟气流动的情况。为方便室内实验设施的安放和调整，试验箱一侧设有尺寸为１．０ｍ× １．０ｍ的门。顶棚水平开口根据研究需要取三种开口位置中的一种：中央开口、顶棚边缘开口和顶棚角落开口。开口尺寸根

超高层建筑中典型腔室火灾轰燃现象的实验及数值模拟比较研究

超⾼层建筑中典型腔室⽕灾轰燃现象的实验及数值模拟⽐较研究超⾼层建筑中典型腔室⽕灾轰燃现象的实验及数值模拟⽐较研究李松阳1,2, 宗若雯1, 廖光煊11. 中国科学技术⼤学⽕灾科学国家重点实验室，安徽，合肥，2300272. 隆德⼤学能源科学系，隆德，瑞典，SE-22100摘要：轰燃是腔室⽕灾的发展过程中最剧烈的阶段，是建筑内部突发性的引起全⾯燃烧的现象。

当轰燃发⽣后，建筑内的温度、热辐射强度、烟⽓浓度等都将经历⼀个突跃过程，这对内部⼈员的⽣命安全及建筑结构将造成致命威胁。

由于超⾼层建筑的特殊性，轰燃过程对其的危害会远⼤于普通建筑。

本研究将利⽤两款⽕灾动⼒学数值模拟软件（FDS和SIMTEC）对超⾼层建筑中的典型腔室进⾏轰燃过程的模拟，并与⼩尺度⽕灾实验的结果进⾏⽐较，探讨数值模拟在超⾼层建筑轰燃现象重构中的应⽤性和可靠性。

实验共进⾏了四组，包括不同的⽕源⼤⼩和燃料种类，并测量了烟⽓层温度和⼆氧化碳、氧⽓的浓度；⽽两款数值模拟软件也对相应的⽕灾场景进⾏了模拟计算。

结果表明，两款模拟软件都能较好的模拟轰燃过程，但是SIMTEC软件在温度和⽓体浓度的预测结果上更精确。

关键词：超⾼层建筑；腔室⽕灾；轰燃重构；数值模拟Experimental and Modeling Study on Flashover in the Typical Compartment of Extra-high Building ConstructionLi Song-yang1, 2，ZONG Ruo-wen1，LIAO Guang-xuan11. State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230027.2. Department of Energy Sciences, Lund University, Lund 221 00, Sweden.Abstract: Flashover is the ultimate event in a room fire signaling the final untenability for room occupants and greatly imposing a hazard to other building spaces. It is of great concern in the fire protection engineering of extra-high building. However, the knowledge in fire dynamics and the flashover occurrence in the confined compartments of such high buildings still present some gaps. This study aims at experimental investigation of the flashover occurrence in confined compartments and the corresponding validation of two kinds of computational fluid dynamics (CFD) models for prediction, including Fire Dynamics Simulator (FDS v5.2) and Simulation of Thermal Engineering Complex (SIMTEC). At first, four experimental tests of the confined compartment fire were conducted in a reduced-scale compartment with different areas of fire source and different types of fuels. Detailed transient measurements of upper layer temperature, gas concentration as well as mass loss rate of fire sources were recorded. Secondly, the experimental tests were simulated by FDS and SIMTEC, and the results were compared for validation. The result shows that both codes can reasonably and well simulate the progress of compartment fire and flashover phenomena, but SIMTEC results appeared to be in better agreement with experimental values of upper layer temperature and without the unrealistically intensive and irregular fluctuation observed in FDS results. Key words: Extra-high building, Compartment fire, Flashover, Fire modeling基⾦项⽬：国家⾃然科学基⾦(No. 50974110) 作者简介：李松阳（1983-），男，中国科学技术⼤学⽕灾科学国家重点实验室博⼠⽣，国家公派瑞典隆德⼤学联合培养博⼠⽣，主要从事⽕灾动⼒学演化及数值模拟、地下空间轰燃现象的机理研究.**************通讯作者：宗若雯（1967-），⼥，副教授，***************.cn.1 引⾔近年来，随着经济的⾼速增长和城市化进程的加快，超⾼层建筑在各⼤城市中不⽤涌现。

顶部开口腔室池火燃烧速率预测模型

顶部开口腔室池火燃烧速率预测模型
刘畅;李强;曾晓俊;李金梅
【期刊名称】《消防科学与技术》
【年(卷),期】2018(037)005
【摘要】为预测顶部开口腔室池火的燃烧速率,基于火灾动力学理论构建了顶部开口腔室池火燃烧速率预测半经验模型,利用实验数据的多元回归分析计算模型参数.模型燃烧速率的计算值与实际测量值的对比结果表明,燃烧速率预测模型对实际火灾场景模拟的可信度较高,研究成果可为船舶、地下建筑等顶部开口腔室的安全设计、火灾预防和火灾扑救等提供参考.
【总页数】4页(P575-578)
【作者】刘畅;李强;曾晓俊;李金梅
【作者单位】赣州市消防支队,江西赣州 341000;中国人民武装警察部队学院,河北廊坊 065000;赣州市消防支队,江西赣州 341000;中国人民武装警察部队学院,河北廊坊 065000
【正文语种】中文
【中图分类】X913.4;TK124
【相关文献】
1.小尺度沸溢油池火灾燃烧速率特性试验研究 [J], 孔得朋;刘鹏翔;王昌建;陈国明;王克;平平
2.静态低压环境对正庚烷油池火燃烧速率的影响 [J], 刘全义;张辉
3.水平通风速率对汽油池火燃烧速率影响的试验研究 [J], 任媛媛;彭伟
4.顶部不同开口尺寸腔室中油池火灾的发展过程 [J], 陈兵;陆守香;李强;黎昌海;袁满
5.纵向通风及坡度对隧道池火燃烧速率影响实验研究 [J], 于年灏;马隽湫;陈屹东;李海航
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

舱室消防预案数值模拟设计及实现

舱室消防预案数值模拟设计及实现张凤香;吴晓伟【摘要】为提高水面舰船消防预案的有效性,针对制定舰船消防预案的需求,设计了具有工程实用性的数值模拟方案,并以某一主机舱所处防火主竖区为典型案例,采用火灾动力学场模拟方法,模拟起火舱室及相邻舱室采取灭火措施后的舱内烟气温度、舱壁和顶壁温度、CO气体浓度、能见度等参数随时间的变化,并分析火灾对扑救人员的威胁以及灭火措施对火灾控制的影响.实例计算表明,及早发现初火并正确操作至关重要,没有控制住且进一步发展的火灾,机械通风状态对舱内火灾早期烟气运动的影响较大,舱壁喷水冷却对降低舱壁温度效果明显,但封舱灭火后需要较长时间才能达到安全状态等.数值模拟结果对进一步细化消防预案具有重要意义.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)007【总页数】6页(P93-98)【关键词】水面舰船;火灾;消防预案;场模拟【作者】张凤香;吴晓伟【作者单位】海军装备研究院,北京100161;海军装备研究院,北京100161【正文语种】中文【中图分类】X921;U698.4制定科学合理的消防预案是控制舰船火灾危害的重要手段［1］，传统上根据舰船损管条例、规范以及火灾事故案例制定各船的消防预案，作为舰船消防作业及舰员训练的指南。

但由于火灾对设备以及人员的破坏性以及消防过程的综合性和复杂性，进行实船考核验证的风险性较高、耗资也较大，其有效性往往得不到验证。

随着建筑设计中的火灾仿真技术逐渐成熟，将数值仿真用于舰船火灾研究正在得到迅速发展［2－8］，如美国国家标准技术研究院(NIST)开发的火灾动力学场模型软件(FDS)对于舰船火灾舱室具有较好的适用性，因此，以其作为主要模拟分析工具，探索应用数值模拟方法解决舰船消防预案的有效性评估问题非常重要。

本文拟选取某机舱及所在防火主竖区为研究对象，模拟其可能出现的着火事故及舰员采取不同的灭火措施时舱内温度、有害气体浓度等随时间的变化，分析其对扑救人员的威胁，并分析对同一主竖区相邻舱室的影响，评价不同灭火措施介入对灭火效果的影响，评估舱室发生火灾后舰员所采取的灭火对策的有效性，提出灭火中需要注意和把握的问题。

开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究

开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究党福辉;董呈杰;孙旭红【摘要】Based on the governing equations of fluid mechanics,Realizable model and Eddy-Dissipation combustion model,the theoretical models of flammable vapor explosion was established.In this paper,the coupled solve was adopted to simulate the three-dimensional model of acetylene-air,which the radial is 0.5 m.Taking the premixed gas which the mass fraction were 5.3％,10.4％,13.3％ and 15.4％ to get the over pressure distributions of vapor cloud with time and paring the max explosion pressure with experimental dates,the maximum deviation of calculation results are 13.79％.The result show that the maximum explosion pressure occurs in the early cloud explosion,and decreasing quickly over the time.In the short term,there is a periodic over pressure wave in the outward diffusion.In addition to,the explosion pressure is biggest when come to the most dangerous mass fraction.In the production industry,we should try to avoid the most dangerous gas concentration reaching its dangerous mass fraction,and preventing the occurrence of accidents.%基于流体力学控制方程组、Realizable湍流方程和Eddy-Dissipation燃烧模型,建立了可燃气云爆燃的理论模型,对半径为0.5m的半球形乙炔-空气预混爆炸进行了三维数值模拟,并采用了密度基耦合求解器进行了数值求解.选取了乙炔质量分数分别为5.3％、10.4％、13.3％和15.4％的预混气体,并得到不同质量分数的混合气云爆炸超压沿时间与空间的分布,模拟得到最大爆炸压力与实验结果吻合良好,最大相对偏差为13.79％;在气云爆炸初期,爆炸压力急剧增加,达到最大爆炸压力,在短期内有周期性的超压波不断向外扩散,且当气体浓度处于最危险质量分数时,产生的爆炸压力最大.在工业生产中,应尽量避免气体浓度达到其最危险质量分数,从而预防事故的发生.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2017(033)006【总页数】5页(P50-54)【关键词】乙烷-空气爆炸;开敞空间蒸汽云爆炸;数值模拟;计算流体力学【作者】党福辉;董呈杰;孙旭红【作者单位】天津理工大学环境科学与安全工程学院,天津300384;天津理工大学环境科学与安全工程学院,天津300384;天津理工大学环境科学与安全工程学院,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP242.3随着现代石油化工生产规模的不断扩大，因可燃气体意外泄漏而造成的火灾爆炸事故频繁发生，因此，研究因可燃气体泄漏而引发的气云爆炸的传播规律，对预防气体爆炸事故的发生以及其应急管理具有十分重要的意义.目前针对可燃气云爆炸的研究中，主要有实验和数值模拟两种方法.随着计算机科学技术的发展，利用CFD数值模拟方法得到了越来越多的应用.毕明树等[1]最早针对可燃性气体的一维爆炸过程先后基于欧拉方程和一维N-S方程两种方法进行了数值模拟；杨国刚等[2]基于改进的Bakke-Hjertager燃烧模型与相应的控制方程对开敞空间可燃气云爆炸场进行了数值模拟，得到了爆炸场超压沿时间与空间的分布；杨国刚等[3]建立了描述可燃气云爆炸的数学模型，并采用SIMPLE算法对模型进行求解，编制了计算程序，得到了不同燃料质量分数的爆炸超压分布；从立新等[4]进行了对内置障碍物可燃气云爆燃过程的数值模拟.可以看出，目前研究者大都依据不同模型进行二维数值模拟研究，其与实际可燃气云爆炸还存在一定的误差，针对开敞空间可燃气云爆炸的三维数值模拟还鲜见报道.本文根据开敞空间蒸汽云爆炸的特点和发展规律，基于Realizable湍流方程、Eddy-Dissipation燃烧模型和相应的控制方程，构建描述半球形可燃气云爆炸的三维理论模型，采用了密度基耦合求解器进行了数值求解，同时利用文献[3]的实验数据验证数值计算结果的正确性.1 计算工况本文采用CFD软件Fluent对爆炸流场进行求解，选取质量分数为5.3%、10.4%、13.3%和15.4%的乙炔/空气预混气体来模拟半球形可燃气云爆炸[5-8]，如图1，其中间半径0.5 m的半球内为混合均匀的可燃气云，外为半径5 m的大半球内为空气，坐标原点在可燃气云中心，并在中心点火.数值计算的几何模型简化为如图2所示的三维对称球面.图1 半球形可燃气云示意图Fig.1 Scheme map of hemispherical vapor cloud 图2 半球形可燃气云三维几何模型Fig.2 Three-dimensionally model of hemispherical vapor cloud2 数值模型与方法2.1 数值模型根据蒸汽云爆炸的特点，本文将可燃气云、空气和燃烧产物气体均视为理想完全气体，适用于理想气体状态方程，将爆炸过程描述为预混的均相可压缩湍流燃烧反应[9-11]，质量、动量、能量和组分守恒方程分别表示为：式中：p为压力，ρ为密度，μ为速度，T为绝对温度，Ym为第m种组分的质量分数，hm为第m中组分的焓；E为比内能；Ri，r为反应速率，由燃烧模型计算得到；q为燃烧热；μeff为总有效流动黏度；Sceff为有效施密特数；preff为有效普朗特数.采用涡耗散（Eddy-Dissipation Model）燃烧模型，在预混火焰中，湍流对流进入反应区，在反应区迅速地发生反应，反应中r中物质i的产生速率Ri，r可表达为：其中：Yp为生成物组分的质量分数；YR为反应物组分的质量分数；A为经验常数，均等于4.0；B为经验常数，均等于4.0.2.2 数值方法与初始、边界条件本文计算区域设定为10倍可燃气云半径长度，并采用六面体网格对区域进行离散，在可燃气云初始区域进行网格加密，向外网格逐渐放大，成半球面向外辐射，从而能够与流动场发展相符.初始条件为：1）t=0 时：T0=300 K；ui=0；p0=0，1 MPa；ρ0=1.2 kg/m3；Yfu=（R ＜Rhsph），Yfu=0（R ＞Rhsph），Yfu0 为均匀混合可燃气云的初始浓度；k=0；ε=0；2）在无穷远处，环境大气已不受可燃气云爆炸影响.此时，ui=0；p=p0；T=T0；Yfu=0；k=0；ε =0；3）假设地面为绝热无滑移边界；图3为计算区域划分网格，扩散项采用中心差分格式离散，流项采用QUICK格式，并使用密度基耦合求解器（DBCS）对流场进行计算.图3 计算区域网格Fig.3 Mesh of the calculation domain3 结果与分析3.1 爆炸超压与时间关系曲线利用构建的模型，对质量分数为13.3%的乙炔-空气混合物，半径Rhsph=0.5 m 的半球形可燃气云爆炸进行计算.图4为质量分数为13.3%的乙炔-空气混合气体距离爆炸中心0.7处的爆炸超压与时间变化的关系曲线图.可以看出，在气云爆炸初期，爆炸压力急剧增加，达到最大爆炸压力，随后压力便急剧减小到负压，并且随着时间的推移，达到二次正超压.研究表明在气云爆炸整个过程中，初始压力达到最大，在较短时间内有周期性的超压波不断向外扩散，对周围物体均有一定的损坏.3.2 最大超压与爆心距离关系曲线当在半球形可燃气云中心处点火后，逐渐形成半球形火焰面，并由中心处向外传播.在此过程中，物质燃烧产生的巨大热量一方面不断膨胀，对前方的气体造成压缩和推动作用，形成超压波；另一方面向临近的混合气层传热，使其温度不断升高而着火，这样周而复始不断使压力波向前传播.图4 距爆心0.7 m处超压与时间关系曲线Fig.4 The relationship curves of overpressure and time图5是半径Rhsph=0.5 m质量分数为13.3%的乙炔-空气混合可燃气云爆炸达到最大正超压时，爆炸压力分布云图.从图中可以看出，爆炸超压整体以球面波的形式向外扩散，并逐渐形成三个区域，即红色超压波区、黄色中压波区和淡蓝色低压波区，且靠近爆心处压力最大，向外层扩散压力逐渐缩小.图5 爆炸压力分布图Fig.5 Contour of explosion pressure distribution图6为乙炔质量分数为13.3%时，爆炸最大压力随着爆炸中心距离变化的关系曲线图，并把数值计算值与实验值进行了比较，吻合良好.从图中可以看出，从整个可燃气云爆炸场来看，爆炸产生的超压整体趋势在减小.3.3 燃料浓度对可燃气云爆炸影响的关系曲线燃料浓度是影响可燃气云爆炸压力的重要因素，为了研究燃料浓度对可燃气云爆炸威力的影响规律，本文分别选取质量分数为5.3%、10.4%、13.3%和15.4%的乙炔混合气体进行三维数值模拟，图7为距爆心距离分别为0.7 m和0.9 m处可燃气云爆炸最大压力随乙炔浓度的变化关系，横坐标为质量分数，纵坐标为对应的超压值，并把数值模拟计算值与实验值进行了比较，吻合良好.为了做进一步的比较，本文计算了实验值与计算值的偏差，结果列于表1.图6 最大正超压与爆心距离关系曲线Fig.6 The relationship curves of maximum plus overpressure and distance表1 最大超压的实验平均值与计算值（Δp）Tab.1 The max calculated and experimental values of overpressure（Δp）Y/% Calculated Δp/kPa Experimental Δp/kPa Relative Deviation/%5.3 10.4 13.3 15.4 1.554 3.0303.473 2.712 1.400 2.914 3.326 2.338 9.9 3.834.23 13.79从图7可以看出，在乙炔浓度为13.3%时，最大爆炸压力达3.473 MPa，与文献中[3]在d=0.7 m处测得的13.3%乙炔-空气的最大爆炸压力相接近.图7 超压值（ΔP）与乙炔质量分数（Y）的关系Fig.7 The relationship curvesof maximum plus overpressure and density可以看出，最大相对误差为13.79%，最小为3.83%，可以得出此三维数值模拟可燃气云爆炸威力是合理的，模拟结果更加接近于实验爆炸压力.3.4 可燃气云爆炸与应急管理在现代应急管理中，应急管理主要分为四个阶段，即预防与应急准备、监测与预警、应急处置与救援以及恢复与重建.研究开敞空间可燃气云爆炸传播规律对应急管理事前的预防与准备、事中的监测与预警起着一定的指导作用.在预防与应急准备阶段，根据燃料浓度对可燃气云爆炸影响的关系曲线，在工业生产过程中，可实时监测可燃气体的浓度，避免其达到最危险质量分数；在监测与预警阶段，根据爆炸超压随着时间的变化规律，最大爆炸压力发生在气云爆炸初期，且随着时间的推移不断减小，可以利用先进的传感器感知气云爆炸压力，初步判断气云爆炸事故的大小，从而为预警和响应分级提供决策依据，避免造成更大的事故损失.4 结论1）根据开敞空间蒸汽云爆炸过程的发展规律和机理以及爆炸燃烧的特点，建立了基于Realizable kε湍流模型和Eddy-Dissipation Model湍流化学反应模型，选取质量分数为5.3%、10.4%、13.3%和15.4%的乙炔-空气混合气体并对其爆炸超压场进行了三维数值模拟，计算值与实验值相比较，最大相对偏差为13.79%. 2）可燃气云爆炸压力随着时间的变化先后经历最大正超压—较小负超压—较小二次正超压的过程，最大爆炸压力发生在气云爆炸初期，随着时间的推移不断减小. 3）爆炸超压随着距爆心距离的增加而不断减小，距爆心0.7 m处的最大爆炸压力为3.473 MPa，实验值为3.326 MPa，两者吻合良好.数值模拟研究表明爆炸超压整体以球面波的形式向外扩散，并逐渐形成三个区域，即红色超压波区、黄色中压波区和淡蓝色低压波区，且靠近爆心处压力最大，向外层扩散压力逐渐缩小.4）燃料浓度是影响可燃气云爆炸超压的重要因素，模拟结果表明气当体浓度偏离最危险质量分数越远时，超压值越小，在工业生产中，应实时监测气体浓度，尽量避免气体浓度达到其最危险质量分数，从而预防事故的发生.参考文献：［1］毕明树.开敞空间可燃气云爆炸的压力场研究［D］.大连：大连理工大学，2001.［2］杨国刚，薛东岭.开敞空间可燃气云爆炸的数值模拟与实验研究［J］.化学工程师，2004（7）：17-19.［3］杨国刚，丁信伟，毕明树.燃料浓度对可燃气云爆炸影响的实验研究与数值模拟［J］.石油学报：石油加工，2004（5）：53-58.［4］丛立新.气云爆燃压力场与冲量场实验与数值模拟［D］.大连：大连理工大学，2008.［5］陈文瑛，柴建设.有障碍物开敞空间可燃气云爆炸超压场的数值模拟［J］.中国安全科学学报，2009（6）：35-40.［6］陈升国.基于FLUENT的天然气燃烧爆炸数值模拟与实验［J］.煤气与热力，2015（8）：28-32.［7］王世茂，杜扬，张少波，等.顶部开口条件下油罐油气爆炸数值模拟［J］.后勤工程学院学报，2015（4）：51-56.［8］吴卫卫.受限空间可燃气体爆炸数值模拟［D］.沈阳：东北大学，2013. ［9］Molkov V，Makarov D.LES modeling of an unconfined large-scale hydrogen air deflagration［J］.Journal of Physics D：Applied Physics，2006，39（20）：4366-4376.［10］Tauseef S M，Rashtchian D，Sabbasi T.A method for simulation of vapor cloud explosions based on computational fluid dynamics（CFD）［J］.Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2011，24（5）：638-647.［11］Tauseef S M，Rashtchian D，Abbasi T， et al.A method for simulation of vapor cloud Explosions based on computational fluid dynamics（CFD）［J］.Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2011，24（5）：638-647.。

顶部开口对起火房间热释放速率影响的数值模拟

顶部开口对起火房间热释放速率影响的数值模拟
刘杨;张红伟;李强
【期刊名称】《中国人民警察大学学报》
【年(卷),期】2022(38)6
【摘要】为探究同时具有顶部和侧壁开口起火房间的热释放速率变化规律,采用数值模拟方法,对起火空间开口条件与火灾热释放速率的关系进行研究。

结果表明:顶部开口和侧壁开口均会对起火房间热释放速率产生影响,且影响程度与顶部开口和侧壁开口间的耦合关系有关;当顶部开口较小时,侧壁开口通风因子与热释放速率间的线性关系依然存在,但随着顶部开口尺寸的增大,这种线性关系出现明显改变。

并建立有顶部开口情况与无顶部开口情况的通风因子换算关系式,得到适于计算同时具有顶部和侧壁开口起火房间通风因子的估算式。

【总页数】6页(P51-56)
【作者】刘杨;张红伟;李强
【作者单位】内蒙古自治区消防救援总队;沧州市消防救援支队;中国人民警察大学教务处
【正文语种】中文
【中图分类】TU998.1
【相关文献】
1.热释放率对单室开口中性面影响程度的数值模拟
2.通风条件对火灾热释放速率影响数值模拟
3.通风因子对火灾热释放速率影响的数值模拟
4.顶部开口舱室火灾特性的数值模拟研究
5.大型客车火灾热释放速率曲线的数值模拟研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

舰船机舱火灾烟气自然充填特性模拟实验

舰船机舱火灾烟气自然充填特性模拟实验近年来，船舶火灾事故频繁发生，其中，舰船机舱火灾是最容易发生、最具危害性的一种，因此，对于舰船机舱火灾的烟气自然充填特性进行模拟实验研究具有极高的现实意义。

本文将介绍一种舰船机舱火灾烟气自然充填特性的模拟实验。

一、实验环境及条件本实验采用了类似实际机舱的环境，通过控制温度、湿度、送风口和排气口进行模拟。

实验环境温度为25℃，湿度为50%，送风口为0.2m×0.4m，排气口为0.2m×0.4m。

二、实验器材1、预热箱和机舱模型：预热箱和机舱模型采用304不锈钢制成，高度1.5m，长宽比为2:1。

2、温度计和湿度计：用于测量实验环境的温度和湿度。

3、排气计：用于测量排气口排出的烟气流量。

4、氧气浓度计：用于测量机舱内烟气燃烧的氧气浓度。

5、烟雾生成器：用于产生机舱内的烟雾。

三、实验步骤1、清洁实验器材，确保实验环境干净无尘。

2、将机舱模型放置在预热箱内，预热箱内设置温度控制器和温度计。

控制温度为800℃，调节至稳定状态。

3、在机舱内加入烟雾，以模拟机舱内的烟气生成。

4、打开送风口，调节送风口风速为2m/s。

5、设置排气口，调节排气口排气量。

同时，安装排气计，用于测量排气口排出的烟气流量。

6、用氧气浓度计测量机舱内烟气燃烧的氧气浓度。

7、记录实验过程中的各项数据，包括温度、湿度、送风口风速、排气口排气量、排气口排气流量和机舱内烟气燃烧的氧气浓度等。

四、实验结果及分析实验结果显示，当温度控制在800℃、湿度为50%、送风口风速为2m/s时，烟气能够通过排气口自然充填整个机舱，排气口排出的烟气流量与输入的烟气流量基本相等。

此外，实验还发现，机舱内烟气燃烧的氧气浓度随着时间的推移而降低，说明机舱内烟气燃烧的过程是一个不断消耗氧气的过程。

五、总结本文所介绍的舰船机舱火灾烟气自然充填特性模拟实验，通过模拟实验的方式，可以更加深入地研究机舱火灾时的烟气自然充填特性，为船舶火灾预防和应对提供有益的参考和依据。

开口小空间火灾流场特性的开题报告

开口小空间火灾流场特性的开题报告
题目：开口小空间火灾流场特性的研究
背景：
开口小空间火灾是指在小封闭空间内（如房间、走廊、电梯等）发生的火灾，在此类火灾中火灾烟气无法自由排出，会导致室内锁死和烟气中毒等危险。

为了保证人命财产的安全，需要深入研究开口小空间火灾的流场特性。

研究目的：
通过研究开口小空间火灾的流场特性，确定火灾蔓延及烟气排出的规律，为火灾事故的防治提供科学依据。

研究内容：
1. 火灾蔓延规律研究：通过数值模拟和实验研究，探讨火灾开始时火焰传播和烟气排出的规律，确定火灾蔓延的机理。

2. 烟气流场特性研究：通过实验测量和数值仿真，探讨烟气流场的特性，包括烟气运动速度、烟气温度和烟气浓度等参数的变化规律。

3. 考虑开口条件的火灾研究：通过模拟实验，探讨开口大小和数目、风速等因素对火灾蔓延和烟气排出的影响，为设计建筑物防火措施提供参考。

研究方法：
本研究采用数值模拟和实验相结合的方法进行研究。

通过ANSYS Fluent等软件进行数值模拟，并建立适合实验的模型进行实验研究。

同时，对比实验结果和数值模拟结果，验证模拟的准确性和可靠性。

研究意义：
开口小空间火灾的流场特性是当前建筑消防安全领域的研究热点之一，深入研究其特性对于提高灾害事故的防治水平和保护人民群众的生命财产安全具有重要意义。

预期成果：
本研究将深入研究开口小空间火灾的流场特性，提出相应的防火建议，为建筑消防安全领域的科学发展提供一定的理论和实践参考。

室内火灾数值模拟方法的探讨

室内火灾数值模拟方法的探讨
陈大宏;袁国杰;GUANHeng-yeoh;杨小亭;方正
【期刊名称】《燃烧科学与技术》
【年(卷),期】2003(009)002
【摘要】通过场模拟方法与Steckler的单室火灾实验资料比较,验证了作者开发的火灾场模拟模型Fire3D,同时讨论了不同燃烧模型和热辐射对计算结果的影响.定量比较显示,如果考虑燃烧和热辐射的模拟,则Fire3D能够提供与实验相吻合的速度和温度.CO含量是建筑火灾预报中的重要指标,以Flamelet为基础的燃烧模型能计算出CO浓度.Flamelet模型和模拟热辐射的DOM方法联合运用会比较适合于建筑火灾的预报,值得进一步探讨.
【总页数】4页(P100-103)
【作者】陈大宏;袁国杰;GUANHeng-yeoh;杨小亭;方正
【作者单位】武汉大学水利水电学院,武汉,430072;香港城市大学建筑学系,香港九龙;澳大利亚原子能科学技术委员会原子能技术部,莫朗,澳大利亚,2234;武汉大学水利水电学院,武汉,430072;武汉大学水利水电学院,武汉,430072
【正文语种】中文
【中图分类】TK12;TU972
【相关文献】
1.楼房室内电气电路引发火灾事故的探讨 [J], 钟少英
2.居民室内天然气泄漏引发火灾及爆炸模式探讨 [J], 陈允;
3.居民室内天然气泄漏引发火灾及爆炸模式探讨 [J], 陈允
4.室内建筑火灾自动报警系统有效性的探讨 [J], 肖德;陈红兵
5.大型室内滑雪场火灾自动报警系统的设置探讨 [J], 王斌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

船舶机舱存储区域火灾燃烧特性的仿真分析

船舶机舱存储区域火灾燃烧特性的仿真分析
黄峙;邓飞云
【期刊名称】《船海工程》
【年(卷),期】2022(51)5
【摘要】运用火灾数值模拟软件CFAST构建船舶机舱存储区域数值模型,结合理论分析获取不同火源功率和开口数量对存储区域火灾燃烧特性的影响,结果表明,火源功率对烟气层温度影响较大,火源功率越大,烟气层温度上升速率越快,火灾熄灭时间越早;有无开口对起火舱室的烟气层温度、空气层温度、烟气层高度影响较大;在有开口的情况下,开口数量对烟气层的温度和高度影响不大,对空气层温度影响较大,增加开口数量能够有效降低空气层的峰值温度,减慢空气层温度的上升速度。

【总页数】6页(P32-36)
【作者】黄峙;邓飞云
【作者单位】中国舰船研究设计中心;海军装备部驻上海地区第一军事代表室【正文语种】中文
【中图分类】U698.4
【相关文献】
1.基于改进型区域模拟方法的船舶机舱火灾研究
2.客车发动机舱火灾燃烧特性模拟研究
3.汽车发动机舱内可燃材料燃烧特性及电气火灾试验的研究
4.不同进风速度下船舶机舱火灾烟气组织特性研究
5.不同氧浓度船舶机舱油池火灾热流场特性
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。