火灾模拟软件的选取

火灾模拟软件的选取

在火灾模拟中，影响模拟结果准确性的因素比较多，如所建模型和实际对象的接近程度、网格的划分方法、网格的数量、网格尺寸、湍流模型的选择、各种计算假设等因素都会对模拟

结果产生影响。同时，各个软件都有自己的优缺点和适用范围，对某一工程设计，如性能化

设计项目，选择最合适的软件进行火灾模拟是一比较重要的问题。

一、火灾模拟

在火灾模拟中，影响模拟结果准确性的因素比较多，如所建模型和实际对象的接近程度、网格的划分方法、网格的数量、网格尺寸、湍流模型的选择、各种计算假设等因素都会对模拟

结果产生影响。

(一)概述

火灾数值模拟是火灾研究的重要内容之一，但由于火灾现象的复杂性，近几十年来才建立起

描述火灾现象的实用数学模型。火灾模型主要分为确定性模型和随机性模型。

火灾数值模型主要有专家系统(Expert System)、区域模型(Zone Model)、场模型(Field

Model)、网络模型(Network Model )和混合模型(Hybrid Model )。场模型也即CFD模型，主要是利用计算流体动力学(CFD)技术对火灾进行模拟的模型，由于CFD模型可以得到比较详细的物理量的时空分布，能精细地体现火灾现象，加之高速、大容量计算机的发展，使

得CFD模型得到了越来越广泛的应用。

目前用于火灾模拟的CFD模型主要有：FDS PHOENICS FLUENT等。FDS是专门针对火灾模拟而开发的CFD软件，简单易用。因此，在火灾模拟中应用最为广泛。而PHOENICS和FLUENT 是计算流体力学的通用软件，将其用于火灾模拟需要有较强的流体力学背景。因此，应用较少。目前，国内外对FDS的研究比较多，而对于PHOENICS和FLUENT在火灾模拟方面的应用研究则较少，对各个软件的对比研究更少。

在火灾模拟中，影响模拟结果准确性的因素比较多，如所建模型和实际对象的接近程度、网格的划分方法、网格的数量、网格尺寸、湍流模型的选择、各种计算假设等因素都会对模拟

结果产生影响，怎样才能使模拟结果更加准确、可信是一个急需解决的问题。同时，各个软件都有自己的优缺点和适用范围，对某一工程设计，如性能化设计项目，选择最合适的软件

进行火灾模拟是一比较重要的问题。因此，为了能够更好地利用CFD模型进行火灾模拟，

有必要对他们进行系统研究。

验证(veriifcation)与确认(validation)是评价数值解精度和可信度的主要手段。长期以来，CFD 工作者对CFD软件的验证与确认工作一直没有给予足够的重视。因此，对于计算结果的可信度，CFD 研究人员并不能给出明确的回答。这使得CFD软件的使用者对CFD也持一种矛

盾的心态，既想利用CFD这种快捷经济的设计工具，又对CFD的计算结果心存疑虑。如果

有条件，可以结合数值计算和模拟实体火灾的方式，进一步验证模型的可靠性。

(二)选取

从软件易用性来看，火灾专用模拟软件相对简单，在应用中不需要作复杂设置，使用者只需

掌握火灾基本知识即可得到合理的结果，而通用CFD软件对使用者要求较高，使用者需要

对流体力学有深入了解，才能得到合理结果，因此，一般火灾模拟选择专用软件为宜。

利用火灾模型进行数值分析前，应着重考虑该模型对所模拟问题的适用性及预测能力，一般

情况下，需要事先利用相关试验（已有其他人员进行的试验或自己进行相关试验）对模型进

行确认研究。

从模拟准确性来看，火灾专用模拟软件由于是专门针对火灾开发，在概念模型层面相对于通用软件更接近于真实模型，其数学模型更能反映火灾过程，因此，一般情况下，建议选择火

灾专用软件，除非在专用软件无法模拟的情况下才选择通用软件。

使用火灾专用软件时，应着重考虑网格独立性、边界条件设置对模拟结果的影响，使用通用

软件时，还应考虑湍流模型、燃烧模型、辐射模型的选择。

火灾模型的验证和确认应包含其对各类火灾参数的预测能力研究，如火场温度、热辐射通量、反应产物的浓度变化（着重研究CO C02、烟密度等）、火场能见度等。

对于通用的CFD软件，如PHOENICS FLUENT CFX等，由于其发展比较成熟，其程序一般能够比较准确的反应其所确立的概念模型，因此，对这类模型可以着重于确认研究；对于专

用火灾模拟软件，如FDS等，已经进行了较多的确认和验证工作，对于比较常见的火灾场景，

如建筑室内火灾等，可以直接用来模拟分析，而对一些特殊的场景，如火灾在狭长双层玻璃幕墙内的蔓延模拟，还需进行进一步确认研究；对于自行编制的火灾模拟程序，模型的验证

工作是至关重要的，应确保程序能够准确反映概念模型。

用Steckler房间火试验，对PHONEICS和FLUENT进行了确认研究，就该类实例来说，FLUENT 的准确度要高于PHENICS但就工程应用来说，在选择合理的湍流模型、辐射模型，并经过网格独立性检验后，两者的模拟结果一般可满足工程需要。

火灾发展具有确定性和随机性的特点，火灾试验的影响因素较多，在选择确认试验时，应尽量选择可重复性强的试验，并应注重采用不同火灾场景下的火灾试验对其进行确认研究，以便更好地检验模型的可信度。

二、疏散模拟

当前世界上开发的人员疏散软件数目众多，据统计，有文献记载的疏散软件有22个，其他

未公开的也不在少数。所以，在选用模型时一定要结合有待解决的实际问题与模型的适用性来进行选择。

（一）概述

建筑防火设计的主要目标之一是确保人身安全。建筑安全疏散的性能化设计，是要求所设计

的疏散设施能够保证建筑中的全部人员有足够的时间安全疏散到安全的地方。评价指标包括建筑的安全出口、疏散楼梯的宽度、疏散距离是否满足建筑内使用人员的疏散需要，人员的疏散所需