烟雾扩散的计算机模拟

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烟雾扩散与气体污染的动态仿真研究

第45卷第6期燕山大学学报Vol.45No.62021年11月Journal of Yanshan UniversityNov.2021㊀㊀文章编号:1007-791X (2021)06-0523-06烟雾扩散与气体污染的动态仿真研究唐㊀勇1,2,∗,甄志华1,2,汪新宇1,2,孙旭东1,2(1.燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;2.河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2020-09-02㊀㊀㊀责任编辑:孙峰基金项目:河北省自然科学基金资助项目(F2018203060,F2019203494)㊀㊀作者简介:∗唐勇(1964-),男,四川遂宁人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为计算机图形学和虚拟现实技术及应用;Email:tangyong@㊂摘㊀要:气体污染是自然生活中常见的现象,针对基于物理模型模拟烟雾扩散效率低,以及经验模型绘制气体污染效果差的问题,提出一种混合模型方法绘制由烟雾扩散导致的动态气体污染㊂首先利用半拉格朗日法对烟雾物理建模,并通过引入K-D 树提升计算效率;其次,针对烟雾模拟细节不足的问题,将基于线性滤波法的脉动风场引入至外力项,优化烟雾粒子运动轨迹;并选取双向劲射函数结合真实烟雾纹理进行渲染,避免粒子颗粒感明显的问题,显著提升烟雾扩散细节;然后,引入优化的高斯烟羽模型建立物理模型与经验模型的联系,并利用污染衰减公式和优化的Perlin 噪声,改善全局气体污染细节不足的现象,增加气体污染变化真实感;通过改进时间轴算法,解决气体污染颜色固定的问题,获得动态渐变的气体污染㊂最后,设计多组分析对比实验,结果表明,该方法在实时状态下,绘制出具有真实感的动态气体污染场景㊂关键词:烟雾扩散;气体污染;物理模型;经验模型;高斯烟羽模型中图分类号:TP391.9㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2021.06.0070　引言气体污染是生活中常见的污染之一,包括燃料燃烧㊁尾气排放㊁工业污染等,其中,烟雾扩散导致的气体污染对日常生活造成了极大的影响,因此,模拟气体污染具有重要的现实意义和广泛的应用前景㊂一方面,由于烟雾随时间变化扩散较快,烟雾细节难以捕获;另一方面,烟雾扩散同气体污染难以建立联系,值得深入研究㊂近年来,烟雾模拟一直都是国内外研究的焦点话题,自2003年Stam [1]和Fedkiw 等人[2]提出模拟烟雾运动的方法以来,烟雾的模拟应用越来越广泛㊂采用物理模型的方法通常能真实地展现烟雾细节,Xie 等[3]通过将低分辨率烟雾进行神经网络训练,合成具有真实细节的高分辨率烟雾,并将其应用于不同的物理模型,但是其神经网络训练时间较长,无法达到实时;唐勇等[4-5]提出一种改进的空间自适应漩涡限制方法,生成清晰漩涡烟雾细节;在烟雾路径方面,通过采用改进的有限差分法求解N-S 方程,加快求解速度,并引入吸引力和驱动力,实现大规模烟雾路径模拟㊂而基于经验模型的模拟烟雾以及气体污染,虽然能迅速达到实时状态,但牺牲烟雾细节,真实感不足㊂陆薇等[6]提出了球形雾化渲染模型,结合传统Perlin 噪声,通过HDR 实时绘制层次雾;Guo 等[7]采用Perlin 噪声生成异质密度分布纹理,再利用MRF 模型结合大气散射透视图评估渲染,绘制异质雾图像㊂因此,本文提出一种混合经验模型㊁物理模型的方法,绘制由烟雾扩散引起的动态气体污染㊂首先,针对物理模型优化烟雾运动轨迹,并采用基于物理渲染的方式对烟雾粒绘制,提升扩散细节;其次,根据大气污染理论建立烟雾扩散同气体污染之间的联系,并根据优化后的经验模型,模拟具有真实感㊁动态可变的气体污染㊂. All Rights Reserved.524㊀燕山大学学报2021 1㊀基于物理模型的烟雾模拟为模拟真实的烟雾扩散,改进半拉格朗日法中的驱动力,并优化漩涡计算过程,结合基于物理的光照模型生成真实烟雾效果㊂1.1㊀N-S方程构建物理模型采用半拉格朗日法模拟烟雾粒子能更加真实地计算烟雾扩散运动,其动量守恒方程和质量守恒方程为∂u∂t=-u㊃ u-1ρ p+v 2u+ ˑ1ρf,(1)㊃u=0,(2)其中,u为不可压缩流体速度场,ρ为流体密度,p 为压强,v为黏度系数,f表示流体合力项, 表示梯度算子㊂在流体合力项中,通过引入漩涡约束力增加烟雾模拟细节,漩涡场的计算公式为ω= ˑu,(3)其中,ˑ表示卷积操作㊂将生成的漩涡场代入式(1)得到涡度守恒方程∂ω∂t=( u)㊃ω+(u㊃ )ω+u 2ω+1ρ ˑf㊂(4)根据Biot-Savart公式,通过漩涡场带动速度场更新,实现真实烟雾粒子物理运动㊂1.2㊀引入K-D树提升计算效率由于引入漩涡后,速度场迭代会受多涡影响,计算量显著增大㊂通过引入K-D树来降低计算量㊂相比八叉树,K-D树在空间划分方面具有明显的优越性,模拟效率显著提升㊂根据K-D树分割点设置距离阈值,如果粒子到分割点距离小于阈值,计算距离阈值内每个漩涡对粒子的速度场影响㊂单漩涡对环境影响的计算公式为u=14πʏωˑr r3d v㊂(5)为简化计算,将漩涡视为点,由积分转化为求和方式,速度场可近似表示为u=14πðN i=1ωˑr i r i3㊂(6)在计算过程中,若粒子到漩涡的距离大于阈值,则视涡旋为单个涡旋结构,而小于阈值的多个涡旋簇,采用矢量和计算涡旋位置L,ω=ðN i=1ωi,(7)L=ðN i=1L iωi㊂(8) 1.3㊀改进外力项提升运动细节计算外力项过程中,仅靠漩涡力并不能提供更多的细节,本文通过改善风力提升烟雾扩散轨迹㊂空间中的风通常由顺风向V m,横风向V w以及竖风向V h组成㊂采用Kaimal谱作为风速谱表达式,比与高度无关的Davenport功率谱能更好展现风场的自相关特性㊂因此风速计算中脉动风通过高斯过程求解,得到v(t)表达式v(t)=-ðp k=1ψk(t-kΔt)+N(t),(9)其中,p为AR模型的阶数,Δt为模拟风速时程的时间步长,ψk为AR模型的自回归矩阵系数, N(t)为独立随机过程向量㊂根据随机振动理论,利用维纳-辛钦公式求得相关函数后,利用期望操作得到R N,具体计算公式为RN=R(0)-ðp k=1ψk R(kΔt),(10)对R N进行Cholesky矩阵分解,可求得具有时间间隔的随机风速向量,将其带入风力项改善烟雾运动轨迹㊂1.4㊀烟雾粒子真实感渲染绘制烟雾作为非均匀介质媒体,光线穿越其中会产生散射和反射现象,如图1所示㊂考虑到实时性问题,将真实烟雾纹理结合基于物理的双向反射分布函数渲染更真实的烟雾粒子㊂该模型中,出射辐射率L0(v)等于所有入射方向的辐射率积分和BRDF值,以及余弦值的乘积,出射辐射率的计算公式为L0(v)=ʏΩf(I,v)ˑL i(I)(nI)dωi,(11)反射项通常由次表面散射和反射组成㊂次表面散射的计算公式为f(I,v)=C baseπ(1+(F-1)(1-nI))5㊃. All Rights Reserved.第6期唐㊀勇等㊀烟雾扩散与气体污染的动态仿真研究525㊀(1+(F -1)(1-nv )5),(12)其中,F =0.5+2r (hI )2㊂采用Torrance-Sparrow 微面元模型计算高光项f (I ,v )=F (I ,h )G (I ,v ,h )D (h )4(n ,I )(n ,v ),(13)其中,F (I ,h )为菲涅尔反射模型,用于处理反射光和入射光比率,G (I ,v ,h )为阴影遮掩函数,D (h )为法线分布函数㊂图1㊀光线的散射和反射Fig.1㊀The scattering and reflection of light2㊀气体污染动态模拟考虑到实时性,采用基于经验模型的方法模拟气体污染,并建立烟雾扩散同气体污染之间的联系,绘制真实动态的污染㊂2.1㊀构建烟雾与气体污染关系模型污染物高度由烟云抬升高度同颗粒物高度组成,其中烟云抬升高度根据烟雾粒子高度赋值,颗粒物高度采用线性高度场,为搭建烟雾扩散与气体污染之间的关系,将烟雾建模同大气污染理论模型结合㊂本文引入高斯烟羽污染模型㊀X (x ,y ,z ,t ,k ,H )=exp(k )Q2πuσy σz exp -y 22σz 2()㊃exp -z -H ()22σz 2éëêêùûúú+exp -z +H ()22σz 2éëêêùûúú{},(14)其中,X (x ,y ,z ,t ,H )为时间t 下,竖风向x 米,横风向y 米,距离地面z 米的浓度,Q 代表污染源强度,H 为粉尘的有效高度,u 为脉动风速,σy ㊁σz 为颗粒物的水平和垂直扩散系数㊂增加污染因子k 并优化为指数函数,实现污染浓度渐变效果㊂针对不同污染变化,渲染成不同程度的气体污染㊂2.2㊀优化污染衰减公式增加污染细节考虑到实时性,利用基于经验模型的屏幕技术进行绘制㊂首先,根据污染浓度衰减公式获得浓度变化梯度,计算公式为f =exp -ʏy y baseX t d t()2[]㊂(15)由于气体污染扩散的不规则性,式(15)渲染产生的细节较少,为此采用基于3D Perlin 噪声优化后的分型噪声,并在其中引入风速因子,生成动态变化的气体污染效果,具体计算公式为Y noise (x ,y ,z )=ðmn =1N (xf n ,yf n ,zf n ㊃v p (x ,y ,z ,t ))p n ðmn =1p n ,(16)其中,m 为倍频数,f 为频率,p 为振幅,v p (x ,y ,z ,t )代表P 处的脉动风场,生成真实的污染衰减公式㊂2.3㊀动态计算环境光优化生成的污染浓度衰减公式,虽然细节得以提升,但颜色无法随时间动态变化㊂为解决该问题,引入优化后的时间轴算法,生成动态可变的烟雾,不同时刻环境光的计算公式为㊀C T current =121-cos T current -T 0T total -T 0()πéëêêùûúúC inc ,(17)其中,C inc表示环境光的插值颜色,T 0表示初始时间(即凌晨初始时间),T current 表示当前时间,T total 表示总体时间㊂根据负余弦函数平滑过渡,计算不同时刻的环境光C T current ㊂另外,引入透明度系数λ,并将污染颜色同光照颜色作点乘操作,获得最终的真实光照,如公式(18)所示,进而渲染出真实的动态气体污染场景㊂C =f (C T current +C light )+λ(1-f )C f(18)3㊀烟雾扩散与气体污染仿真实现3.1㊀本文整体程序框架本文整体程序流程图如图2所示㊂. All Rights Reserved.526㊀燕山大学学报2021图2㊀整体程序流程图Fig.2㊀Overall program flow chart3.2㊀实验结果与分析本文实验采用基于Windows 系统,Unity3d 平台开发的动态气体污染仿真系统,硬件环境为:Intel Core i7-4790CPU 3.60GHz,16G RAM,显卡为NVIDIA GeForce GTX 750Ti㊂图3(a)㊁3(b)为文献[3]与本文方法烟雾扩散对比㊂图3(a)为文献[3]中使用时间相关的生成模型来解决流体流动问题的实验效果图,网格分辨率为256ˑ180ˑ180,虽然仅使用了单个时间步长,但帧率仅有0.0008fps,无法实时渲染㊂本文方法能在实时基础上,生成大量扩散细节㊂图3(c)㊁图3(d)为文献[4]与本文方法烟雾对比㊂图3(c)为文献[4]采用改进的空间自适应漩涡限制方法模拟烟雾,网格分辨率为64ˑ86ˑ64,烟雾扩散细节不够明显㊂本文利用纹理结合物理渲染模型的方法模拟的烟雾色彩㊁光照更加逼真㊂图3(e)㊁图3(f)为真实图片与本文方法应用至大规模场景的对比,保证实时的状态下,模拟烟雾真实自然㊂图3㊀与文献[3]㊁[4]以及真实烟雾对比实验Fig.3㊀Comparison with literature [3],[4]and real smoke㊀㊀图4展示为导弹烟雾尾迹扩散对比实验㊂其中图4(a)为真实图片,图4(b)为文献[5]方法,图4(c)为采用本文方法应用到烟雾路径方向㊂通过对比看出,本文利用优化的物理模型方法比文献[5]生成的更自然灵活,尾迹扩散效果更明显,更接近真实图片效果㊂图4㊀导弹烟雾尾迹对比实验Fig.4㊀Missile smoke wake comparison experiment. All Rights Reserved.第6期唐㊀勇等㊀烟雾扩散与气体污染的动态仿真研究527㊀㊀㊀图5为优化后的经验模型模拟的气体污染,通过将不同污染因子代入气体污染模拟效果进行对比㊂图中分别为污染因子为k =0㊁0.4㊁1下的气体污染模拟,可以明显比较出不同污染因子产生不同梯度的气体污染,效果明显㊂㊀㊀图6展示了清晨T =6㊁正午T =13㊁夜晚T =20时刻下,烟雾扩散以及气体污染随着时间轴的动态变化,不同时刻光照插值计算颜色所展现出的气体污染明暗效果㊂为了检测动态污染模拟效率,表1列出了本文实验以及部分文献数据的对比状况㊂表中粒子和网格指文献中模拟烟雾效果使用的粒子数或网格大小㊂其中,可以明显看出本文算法在显著提升模拟的细节同时,保证了实时性㊂表1㊀不同实验场景帧率统计Tab.1㊀Frame rate statistics for different experimental scenes实验图粒子/网格帧率/fps 图3(a)[3]256ˑ180ˑ1800.0008图3(b)3000072.6图3(c)[4]64ˑ86ˑ6427.6图3(d)3000072.6图3(f)9000055.2图4(b)[5]45.2图4(c)3000086.2图56000040.3图69000036.2图5㊀污染因子对气体污染影响实验Fig.5㊀Experiment on the influence of pollution factors on smoke pollution图6㊀优化的时间轴算法实验Fig.6㊀Optimized timeline algorithm experiment4　结论本文提出一种烟雾扩散动态污染模拟的方法㊂首先,采用半拉格朗日方法计算粒子运动轨迹,并使用K-D 树提升计算效率,引入基于Kaimal 谱的脉动风模型并结合真实物理光照,在避免粒子颗粒感的同时,改善烟雾扩散细节;此外,将烟雾扩散同优化的高斯烟羽模型结合,利用改进的经验模型以及Perlin 分型噪声生成更加真实的气体污染;采用优化的时间轴算法,解决了污染颜色无法动态变化的问题,大幅度提升污染真实感㊂实验数据表明,本文方法能实现烟雾扩散下的气体污染实时模拟㊂在未来工作中,需要进一步对气体污染与环境的交互进行研究㊂参考文献1 STAM J.Stable fluids C //Proceedings of the 26th AnnualConference on Computer Graphics and Interactive Techniques Los. All Rights Reserved.528㊀燕山大学学报2021Angeles 1999 121-128.2FEDKIW R STAM J JENSEN H.Visual simulation of smoke C//Proceedings of the28th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques Los Angeles 2001 15-22. 3XIE Y FRANZ E CHU M et al.Tempogan A temporally coherent volumetric gan for super-resolution fluid flow J .ACM Transactions on Graphics 2018 37 4 1-15.4唐勇吴娱吕梦雅等.一种改进的自适应漩涡限制实时烟雾模拟 J .小型微型计算机系统2012 33 12 2676-2679. TANG Y WU Y LÜM Y et al.Real-time smoke simulation using the improved adaptive vorticity confinement J .Journal of Chinese Computer Systems 2012 33 12 2676-2679.5唐勇孙晶吕梦雅等.任意交互路径上烟雾运动实时仿真算法研究 J .小型微型计算机系统2016 37 10 2334-2337. TANG Y SUN J LÜM Y et al.Real-time simulation algorithm of smoke movement based on arbitrary interactive path J .Journal of Chinese Computer Systems 2016 37 10 2334-2337. 6陆薇杨红雨万宇.基于图形处理器的雾化渲染方法 J .四川大学学报自然科学版2015 52 1 63-68.LU W YANG H Y WAN Y.Rendering realistic fog using GPU J .Journal of Sichuan University Natural Science Edition 2015 52 1 63-68.7GUO F TANG J XIAO X.Foggy scene rendering based on transmission map estimation J .International Journal of Computer Games Technology 2014 2014 6 1-15.8̇ZELINSKI J KALETA D TELENGA-KOPYCZYNSKA J. Inclusion of increased air turbulence caused by coke production into atmospheric propagation modelling J .International Journal of Environmental Research 2018 12 6 803-813.9唐勇毛菊珍吕梦雅等.不同属性烟雾融合过程可视化建模与实时绘制 J .燕山大学学报2015 39 5 448-452. TANG Y MAO J Z LÜM Y et al.Visualization modeling and real-time rendering for fusion process of different property multi-smoke J .Journal of Yanshan University 2015 39 5 448-452.Dynamic simulation of smoke diffusion and gas pollutionTANG Yong1 2ZHEN Zhihua1 2WANG Xinyu1 2SUN Xudong1 21.School of Information Science and Engineering Yanshan University Qinhuangdao Hebei066004 China2.Hebei Key Laboratory of Computer Virtual Technology and System Integration Qinhuangdao Hebei066004 ChinaAbstract Gas pollution is a common phenomenon in natural life.For the problem of low smoke diffusion efficiency based onphysical model and poor gas pollution effect by empirical model a hybrid model method is proposed to draw dynamic gas pollutioncaused by smoke diffusion.Firstly the smoke physics is modeled by the semi-Lagrangian method and the computational efficiencyis improved by introducing the K-D tree.Secondly to solve the problem of insufficient details of the smoke simulation thepulsating wind field based on the linear filtering method was introduced into the external force term to optimize the motion trajectoryof the smoke particles and the two-way shot function combined with the real smoke texture was selected for rendering to avoid theproblem of obvious particle graininess which significantly improves the details of smoke diffusion significantly.Then theoptimized Gaussian plume model is introduced to establish the connection between the physical model and the empirical model andthe pollution attenuation formula and the optimized Perlin noise are used to improve the phenomenon of insufficient details of theglobal gas pollution and increase the realism of the gas pollution changes.By improving the time axis algorithm the problem offixed color of gas pollution is solved and dynamic gradual gas pollution is obtained.Finally multiple sets of analysis andcomparison experiments are designed and the results show that the method draws realistic and dynamic gas pollution scenes in real-time.Keywords smoke diffusion gas pollution physical model empirical model Gaussian plume model. All Rights Reserved.。

烟雾的扩散与消失数学建模

烟雾的扩散与消失数学建模烟雾是由气体和固体微粒组成的混合物，其扩散和消失过程是一个复杂的物理现象。

为了更好地理解和预测烟雾的行为，科学家们使用数学建模的方法进行研究。

本文将探讨烟雾的扩散与消失的数学建模方法。

我们需要了解烟雾的扩散过程。

烟雾的扩散受到多种因素的影响，包括风力、温度、湿度等。

其中最主要的因素是扩散系数，它描述了烟雾在单位时间内从一个区域扩散到另一个区域的能力。

扩散系数与烟雾的性质有关，比如粒子的大小和密度。

在数学建模中，我们可以使用扩散方程来描述烟雾的扩散过程。

扩散方程是一个偏微分方程，可以用来描述扩散物质的浓度随时间和空间的变化。

一般来说，扩散方程可以写成以下形式：∂C/∂t = D∇²C其中，C表示烟雾的浓度，t表示时间，D是扩散系数，∇²表示拉普拉斯算子，用来描述浓度的空间变化。

扩散方程的解可以通过数值方法求得。

常用的数值方法包括有限差分法和有限元法。

这些方法将区域离散化为网格，然后通过迭代计算每个网格点上的浓度值，从而得到烟雾的浓度分布。

除了扩散方程，我们还可以使用其他数学模型来描述烟雾的消失过程。

烟雾的消失可以通过烟雾微粒的沉积、风力的作用以及化学反应等因素来实现。

其中，沉积是烟雾消失的主要机制之一。

烟雾微粒会随着时间的推移逐渐沉积到地面或其他物体上，从而使烟雾的浓度减小。

沉积过程可以用指数衰减函数来描述，其中衰减速率与烟雾的沉降速度和初始浓度有关。

风力也是影响烟雾消失的重要因素。

风力可以将烟雾带走，从而加速烟雾的消散。

风力的作用可以通过风场模型来描述，其中风速和风向是关键参数。

风场模型可以通过气象数据和数值模拟来获得。

化学反应也可以影响烟雾的消失。

在烟雾中，一些化学物质会与空气中的其他物质发生反应，从而降低烟雾的浓度。

这些反应可以用化学动力学模型来描述，其中反应速率和反应物浓度是关键参数。

总结起来，烟雾的扩散与消失过程可以通过数学建模来描述。

扩散方程和其他数学模型可以用来预测烟雾的行为，从而提供重要的参考信息。

气体扩散浓度计算模型介绍(1)

E~F
472 1985年
相似模型介绍
相似模型主要是针对HEGADAS以及以HEGADAS为基础开发的模型。相似模型是对箱模型概念的扩展，考虑了气云内部浓度和速度的分布，并采取了湍流扩散系数而非空气卷吸速度的方法。壳牌公司HEGADAS模型是HGSYSTEM系统软件包的重要组成部分，HEGADAS模型即有处理稳定连续释放的定常态版本，也有预报来自液化气液池蒸发在中等或高风下扩散的瞬间版本。 DEGADIS模型是在HEGADAS模型基础上作的改进，是美国海岸警卫队和气体研究院开发的。
第三类浅层模式模型

浅层模式模型，是对重气扩散的控制方程加以简化来描述其物理过程，是对于三维模式模型和简单箱模型的折衷。它是基于浅层理论（浅水近似）推广得到的，模型采用了厚度平均变量来描述流场特征，有利于考虑复杂地形的重气扩散情况。
浅层模式模型思想

该模型需要计算气云的宽度和高度，是拟三维的。侧风浓度分布应用相似分布确定，气云与环境大气的混合运用卷吸概念处理。不少专家对浅层模型进行了进一步开发，Wheatley & Webber对卷吸和热量传递的浅层模型进行了推导。Errnak等将浅层模型发展为SLAB模型，包括求解质量、组分、下风动量、侧风动量和能量的侧风平均守恒方程，以及气云宽度方程和理想气体状况方程。
相似模型特点与适用

箱及相似模型具有概念清晰、计算量较小等优点，可为危险评价、应急救援、制定控制措施等提供指导。但其自身也存在着局限性，如假定速度和浓度的相似分布，模拟的精度较差，重气云团向非重气云团过渡也存在着很大的不确定性。
已开发的相似模型简介

SAFER、TRACE模型（在Kaiser和Walker提出模型的基础上开发的） CONSEQ、PHAST、WHAZAN、SAFETI模型（在Cox和Carpenter提出模型的基础上开发的） DENZ、DRIFT、CIGALE 2、SLOPEFMI模型（在Fryer和Kaiser提出模型的基础上开发的） HEGADAS、HEGABOX、HGSYSTEM模型（Colenbrander） ⅡT HEAVY GAS MODELS模型（MANJU MOHAN , T. S. PANWAR 和M. P. SINGH） CHARM、ELOE模型（Eidsvik）等等

火灾烟雾扩散模型与人员疏散模拟

实际应Байду номын сангаас与案例分析
实际应用场景与案例选择
火灾烟雾扩散模型：用于预测火灾烟雾的扩散速度和范围，为消防部门提供决策支持
人员疏散模拟：用于模拟火灾发生时人员的疏散行为，为消防部门提供疏散策略
实际应用场景：商场、办公楼、住宅楼等建筑物案例选择：选择具有代表性的火灾案例进行分析，如2010年上海胶州路大火、2011年天津港爆炸等
火灾烟雾扩散模型与人员疏散模拟的关系
烟雾扩散对人员疏散的影响
烟雾扩散速度：影响人员疏散时间和距离
烟雾浓度：影响人员呼吸和视线，影响疏散速度和方向
烟雾毒性：影响人员健康和安全，可能导致人员伤亡
烟雾扩散方向：影响人员疏散路径和疏散效率
人员疏散对烟雾扩散的反馈
人员疏散过程中产生的气流会影响烟雾的扩散方向和速度
添加标题
通风系统：建筑物的通风系统类型和运行状态
添加标题
人员疏散路径：人员疏散的路线和速度
添加标题
安全出口：建筑物的安全出口位置和数量
添加标题
火灾报警系统：火灾报警系统的类型和运行状态
模型验证与应用
模型验证：通过实验和实际火灾数据进行验证应用领域：消防、建筑设计、应急管理等应用方法：模拟火灾烟雾扩散过程，预测人员疏散路径应用效果：提高火灾救援效率，减少人员伤亡和财产损失
THANK YOU
XXX
案例分析过程与方法
选取典型案例：选择具有代表性的火灾案例进行分析
数据收集与整理：收集火灾发生时的烟雾扩散数据、人员疏散数据等
模型建立与验证：建立火灾烟雾扩散模型，并进行验证
模拟分析：利用模型进行人员疏散模拟，分析疏散效果

3Dmax烟雾效果制作教程：实现写实的烟雾效果

3Dmax烟雾效果制作教程：实现写实的烟雾效果3Dmax是一款常用于建模和动画制作的软件，它可以帮助用户创建逼真的场景和效果。

其中，烟雾效果是制作动画中常见的一种效果之一，能够增强场景的逼真感和氛围。

下面将详细介绍如何使用3Dmax制作实现写实的烟雾效果。

1. 创建场景：首先，打开3Dmax软件并创建一个新的项目。

在“创建”菜单中选择“几何体”并点击“盒子”，然后在视图窗口中拖动鼠标来创建一个盒子。

这将作为烟雾效果的容器。

2. 调整容器大小：选中盒子，在右侧工具箱中选择“修改”，然后在属性编辑器中调整盒子的大小和位置，确保它适合你的场景需求。

3. 应用材质：为了给烟雾效果添加逼真的外观，需要为盒子应用适当的材质。

在“创建”菜单中选择“材质编辑器”，然后点击“标准材质”。

调整材质的参数（如颜色、透明度和反射度等）来实现逼真的烟雾效果。

4. 添加烟雾发生器：在“创造”菜单中选择“粒子系统”，然后选择“ParticleSystem”。

这将在场景中添加一个烟雾发生器。

5. 调整烟雾发生器参数：选中烟雾发生器，在右侧工具箱中的“修改”选项中调整其参数。

主要参数包括发射速率、大小、透明度和颜色等。

6. 设置烟雾的运动路径：为了让烟雾看起来更逼真，需要设置其运动路径。

在烟雾发生器的属性面板中选择“路径”并点击“自定义”。

然后在视图窗口中拖动鼠标来创建一个路径。

7. 调整烟雾的运动方式：在烟雾发生器的属性面板中选择“运动”并调整参数，如速度、加速度和旋转等。

这将控制烟雾在路径上的运动方式和速度。

8. 调整烟雾的扩散效果：为了让烟雾看起来更真实，可以通过在烟雾发生器的属性面板中选择“外观”并调整扩散系数来增强其效果。

这将使烟雾看起来更加浓密和逼真。

9. 渲染烟雾效果：在完成烟雾的设置后，可以点击“渲染”菜单中的“渲染设置”，选择合适的分辨率和输出格式，并点击“渲染”按钮来生成最终的烟雾效果。

10. 调整烟雾的细节：如果觉得生成的烟雾效果还不够满意，可以通过进一步调整烟雾发生器和材质等参数来增加烟雾的细节和逼真感。

室内火灾中烟雾的扩散特点

自动喷水灭火系统
湿式喷水灭火系统
利用闭式喷头感应火灾，启动消防泵喷水灭火。
干式喷水灭火系统
利用干式管路感测火灾，通过快速排气阀将气体排出，启动消防泵喷水灭火。
雨淋喷水灭火系统
利用开式喷头直接喷水灭火，适用于扑救大空间火灾。
个人防护措施
佩戴防烟面罩
选择符合国家标准的防烟面罩，可以有效过滤烟雾中的有毒气体。
基于对烟雾扩散特性的了解，可以进一步优化逃生策略，提高火灾中的生存率。未来研究应关注如何将烟雾扩散特性与逃生策略相结合，提出更科学、实用的逃生指南和建议。同时，加强公众教育和培训也是提高火灾应对能力的关键措施。
THANKS
感谢观看
研究不足与展望
实验条件限制
多种因素影响
逃生策略优化
目前对于室内火灾中烟雾扩散特性的研究主要基于实验模拟，受实验条件限制，难以完全模拟真实火灾场景。因此，未来的研究应致力于开发更接近真实环境的实验系统，以提高研究的准确性和实用性。
室内火灾是一个复杂的过程，涉及多种因素如可燃物类型、火源特性、室内布局等，对烟雾扩散特性的影响尚未完全明确。未来研究应综合考虑多种因素，深入探究它们之间的相互作用及其对烟雾扩散的影响。
烟雾扩散对人员安全的影响
室内火灾产生的烟雾扩散是造成火灾危害的主要原因之一，严重威胁到人们的生命安全。
研究目的和意义
研究室内火灾中烟雾扩散的特点
通过研究室内火灾中烟雾的扩散特点，可以更好地了解烟雾的扩散规律和影响范围，为制定有效的灭火和救援措施提供科学依据。
提高人员安全意识
了解室内火灾中烟雾扩散的特点，可以帮助人们更好地预防火灾和应对火灾，提高人员安全意识和自救能力。

基于OSG的实时烟雾模拟的研究与应用

Ｋｅｒｓｐｙｉａｌａｅｄｌ；ＮａｉｒＳｏｅｑａｉｎ；Ｓｍｉａｒｎｉｎｓｈｍｅｖｒｃｔｏｆｎｍｅｔｆｒｅｇａｈｃｙｗｏｄ：ｈｓｃｌｂｓｄｍｏｅｓｙｖｅ－ｔｋｓｅｕｔｓ・ｏｅ－ｇａｇａｃｅ；ｏｔｉｃｎｅｎｏｃ；ｒｐｉ－Ｌｉｙｉ
Ａｂｔａｔｏｓｓｒｃ：Ｔｉｌｔａ— ｍｅａｄｒａｉｔｍｕａｅａｅｌｉｎｌｉｓｋｆｅｔ，ａＧｌｔｒ — ａｅｅｈｄｔｉｌｔｅｆｇｉａ—ｉｒｐｓｄｒｔｅｓｃｍｏｅｅｃｓｎＯＳｐａｆｍｂｓｄｔｏｓｍｕａｅｈｒｌｍｅｉｐｏｏｅ，ｏｍｏｔｏｎｅｔｓｂｎｌｚｎｅｔｄｔｎｌｉｌｔｏｔｏｓｏｇＮａｉｒＳｏｅｑａｉｎｓｔｅｂｓｃｐｙｉａｄｌｒｓｄａｄａｖｒｉｉｙａａｙｉｇｔａｉｏａｍｕａｉｎｍｅｈｄｆｆ．ｈｒｉｓｏｖｅ－ｔｋｓｅｕｔｓａａｉｈｓｌｏｈｃｍｏｅｅｕｅ，ｎｏｔｔａｃｙｃｎｎｍｅｔｏｃｄｅｃｉｖｕｈｎｉｉ．Ｂｅａｓｆｈｏｌｘｔｆｈｖｅ－ｔｋｓｅｕｔｎｎｅｒｓｒｔｅｏＣＰｏｆｅｎｒｅｉａｄｄｔａｈｅｅａｔｅｔｔｉｆｓｏｃｙｃｕｅｏｔｅｃｍｐｅｉｏｔｅｙＮａｉｒＳｏｅｑａｉｓａｄｔｅｔｃｉｆＵｏｈｉｖ

高层建筑火灾中的烟雾扩散建模与仿真优秀论文

高层建筑火灾中的烟雾扩散建模与仿真(优秀论文)高层建筑火灾中的烟雾扩散建模与仿真摘要本文研究了封闭竖直井内火焰蔓延规律与高层建筑物中烟雾浓度扩散规律问题，建立了有限差分法模型与浓度扩散的高斯模型、连续点源高斯扩散模型。

问题一：针对封闭竖直井火势蔓延的规律问题，利用有限元研究方法，建立其传热的有限差分方程模型。

通过导热的数值方法计算井曹内各区域的温度分布规律，根据各区域的温度值，可以得到井曹内温度场的变化，建立起火势蔓延的规律。

此模型通过有限元分析软件ANSYS的热分析模块对其温度场的变化进行模拟，完成了对火势蔓延运动的仿真，最后通过Matlab对模型进行分析与检验，描绘出了温度变化曲线。

问题二：针对烟雾浓度的扩散问题，考虑到扩散点源是连续的、均匀的、稳定的性质，运用散度、梯度、流量等知识，引入“扩散点源烟雾物质的质量守恒”、高斯公式和积分中值定律得到无界区域的抛物线型的偏微分方程，通过点源函数解出空间任一点的烟雾颗粒的浓度的表达式。

鉴于主教楼的建筑结构，烟雾的扩散会受到诸多因素的影响，例如墙体和地面的反射等因素，利用像源法处理反射因素对浓度的影响，对之前的模型进行完善与修正后，得到烟雾的扩散模型，即烟雾浓度的高斯模型。

最后使用有限元分析软件ANSYS对各楼梯口的浓度进行模拟和分析，并用Matlab对主教楼各楼梯口的浓度进行计算与检验。

问题三：根据问题二得到不同着火点及各楼道口烟雾浓度的分布，制定了一个全校师生紧急逃生的路线方案，结合实际情况撰写一份倡议书，呼吁全校师生理性的面对火灾。

关键词：有限差分法，ANSYS热分析模拟、烟雾模拟，高斯模型一·问题背景及重述1.1 问题背景火灾自古与人类同在，森林火灾、楼房火灾、汽车火灾等等，无不牵动着人们的心声。

城市扩建、高楼林立的今天，楼房火灾已然成为城市灾难的主要来源。

仅去年，有1月6日的上海农产品市场大火造成6人死亡、12人受伤；1月7日，哈尔滨国润家饰城大火；6月3日吉林宝源丰禽业公司大火，造成121人死亡，76人受伤，直接损失1.8亿元；12月15日，广州建业大厦火灾，造成3300万元损失等十余起重大火灾事故。

interbren模型计算公式

interbren模型计算公式
INTERBREN模型是一种用于模拟火灾烟雾扩散的模型，其计算公式如下：
Q = K × A × exp(-α × h)
其中，Q表示烟雾流量，K表示扩散系数，A表示截面积，h表示高度，α表示与空气混合物成分、温度和压力等因素有关的常数。

具体来说，这个公式描述了烟雾在空气中的扩散过程，其中K、A和h是已知的常数，α是取决于各种因素的常数。

根据烟雾浓度随时间和空间的分布情况，可以使用这个公式来计算烟雾的流量。

在实际应用中，INTERBREN模型通常需要结合火灾场景和其他参数来进行计算和模拟，如火源位置、风速和空气流动等因素都会对烟雾的扩散产生影响。

通过使用INTERBREN 模型，可以更准确地预测火灾烟雾的扩散路径和浓度分布，为灭火救援和火灾预防提供更有价值的参考。

快速制作真实烟雾效果 Blender体积渲染

快速制作真实烟雾效果：Blender体积渲染Blender是一款功能强大的3D建模和渲染软件，它不仅可以创建逼真的场景和物体，还可以模拟各种特殊效果，如水、火、烟雾等。

在这篇文章中，我们将探索如何使用Blender的体积渲染功能来快速制作真实烟雾效果。

1. 创建物体和场景首先，打开Blender并创建一个新的场景。

点击“Add”按钮，在菜单中选择一个基础形状，比如一个立方体。

将其放置在场景中心，并调整大小以适应你所需要的烟雾大小和密度。

2. 添加烟雾效果选中立方体物体，点击“Properties”窗口中的“Physics”选项卡。

在弹出的菜单中，选择“Smoke”作为物体的物理类型。

3. 调整烟雾参数现在，我们可以调整烟雾效果的各种参数以获得所需的效果。

在“Properties”窗口中的“Physics”选项卡下，你可以找到各种烟雾参数，如密度、速度、扩散等。

4. 配置渲染设置在“Properties”窗口中的“Render”选项卡下，你可以设置渲染引擎、输出路径、分辨率等。

对于体积渲染，我们需要确保“Render Engine”设置为“Cycles”。

5. 预览和调整点击Blender界面中的“Rendered View”按钮，你将能够实时预览场景中的烟雾效果。

根据需要，你可以对参数进行微调和实验，直到获得满意的效果为止。

6. 渲染和保存当你完成了预览和调整后，你可以点击Blender界面中的“Render”按钮来开始渲染整个场景。

渲染时间取决于你的计算机性能和设置的分辨率等因素。

完成后，你可以将渲染结果保存为图像文件。

总结:通过Blender的体积渲染功能，我们可以快速制作出真实的烟雾效果。

仅需几个简单的步骤，你就可以在Blender中创建出逼真的烟雾场景。

当然，这只是一个简单的示例，你还可以在Blender中尝试各种不同的设置和效果，以实现更多创意和复杂的烟雾效果。

祝你在使用Blender时取得成功！。

FDS火灾模拟技术系统使用培训课件

检查模拟参数设置是否正确，确保符合物理规律和实际情况；尝试调整模拟参数或增加模拟步数，以提高模拟结果的准确性；如果问题依然存在，请联系技术支持获取帮助。
数据报告生成问题
总结词
数据报告生成问题通常表现为无法正常生成或导出模拟数据报告。
解决方案
检查数据报告生成设置是否正确，确保符合系统要求；尝试重新生成数据报告或导出数据；如果问题依然存在，请联系技术支持获取帮助。
查看模拟结果
在系统操作界面中查看模拟结果，包括火焰蔓延范围、烟雾扩散路径等。
导出模拟结果
根据需要，可将模拟结果导出为图片或视频格式，以便进一步分析。
CHAPTER
03
系统功能详解
火源控制
01
02
03
04
火源模拟
系统能够模拟不同类型、规模的火源，以测试不同灭火方案
的效果。
火源强度调整
用户可以根据需要调整火源的燃烧强度，以模拟不同程度的
操作前检查
确保系统正常，无异常情况。
遵守安全警示标识
在操作过程中，应严格遵守系统上张贴的安全警示标识。
定期进行安全培训
确保操作人员熟悉系统的安全操作规程，并能够正确、安全地操作。
系统日常维护
1 2
定期检查
对系统进行定期检查，确保各部件正常工作。
清洁保养
定期对系统进行清洁保养，保持系统整洁。
3
数据备份
模拟参数设定问题
总结词
模拟参数设定问题通常表现为无法正确设置或调整模拟参数。
解决方案
参考系统文档，了解模拟参数的设定方法和要求；检查参数设置是否符合物理规律和实际情况；在设定参数时，注意参数的单位和精度要求。
模拟运行问题

如何在3DMax中制作逼真的烟雾效果

如何在3DMax中制作逼真的烟雾效果烟雾效果在游戏、动画和电影中都是常见的元素之一。

在3DMax中制作逼真的烟雾效果可以为场景增添真实感和吸引力。

本文将向您介绍如何在3DMax中制作逼真的烟雾效果的步骤和方法。

步骤如下：1. 创建一个烟雾的基本形状：- 打开3DMax软件并新建一个工程。

- 在左侧工具栏中选择“几何体”选项，并选择“圆柱体”。

在视口中拖拽鼠标以绘制一个圆柱体，作为烟雾的基本形状。

- 调整圆柱体的尺寸和高度，以适应您场景中的需求。

2. 给烟雾添加材质：- 在左侧工具栏中选择“材质编辑器”选项，进入材质编辑器界面。

- 点击“新建材质”按钮，并选择一个合适的材质类型，如“标准”材质。

- 调整材质的颜色和透明度，使其看起来更像真实的烟雾。

可以尝试不同的颜色和透明度值，直到达到满意的效果。

3. 添加烟雾纹理：- 在材质编辑器界面中，点击“添加贴图”按钮，并选择一个合适的烟雾纹理贴图。

可以从互联网上下载或使用3DMax自带的纹理库。

- 调整烟雾纹理的缩放和旋转参数，以使其与圆柱体的形状适配。

4. 调整烟雾效果的参数：- 在材质编辑器界面中，可以调整各种烟雾效果的参数，如密度、模糊程度和扩散速度。

通过调整这些参数，可以使烟雾看起来更加逼真。

5. 添加照明和阴影效果：- 在视口中选择一种适合的照明效果，以增强烟雾的可见性。

可以使用不同类型的灯光，如平行光或点光源，并调整其亮度和颜色。

- 可以通过在视口中添加地面平面，并为其添加合适的材质，来模拟烟雾的阴影效果。

调整平面的位置和倾斜角度，以达到最佳的阴影效果。

6. 渲染和调整：- 在渲染设置中选择适当的输出格式，如PNG或JPEG，以及所需的分辨率和帧率。

- 在渲染设置中调整渲染参数，如光照、阴影和抗锯齿。

- 点击渲染按钮，生成最终的烟雾效果。

总结：通过以上步骤，在3DMax中制作逼真的烟雾效果并不复杂。

需要注意的是，烟雾效果的逼真程度取决于调整参数的熟练程度和灵活运用，可以根据实际需求，调整不同的参数来获得更佳的效果。

2024版FDS5入门

01 FDS5ChapterFDS5定义及功能定义功能发展历程与现状发展历程现状FDS5被广泛应用于建筑火灾模拟、烟气扩散模拟、工业过程模拟等领域。

在建筑火灾模拟中，FDS5可以模拟火灾的蔓延过程、烟气的扩散路径和浓度分布等，为建筑防火设计和消防安全评估提供重要依据；在烟气扩散模拟中，FDS5可以模拟烟气在城市街区或室内环境中的扩散过程和浓度分布，为应急疏散和通风设计提供指导；在工业过程模拟中，FDS5可以模拟流体在管道、反应器等设备中的流动和传热过程，为工艺流程优化和设备设计提供重要参考。

应用领域随着计算机技术的不断发展和物理模型的不断完善，FDS5的计算能力和模拟精度将不断提高，应用领域也将进一步拓展。

未来，FDS5有望在更多领域发挥重要作用，如环境流体力学、生物医学工程等。

同时，随着云计算、大数据等技术的发展，FDS5的计算效率和数据处理能力也将得到进一步提升，为相关领域的研究和应用提供更加便捷、高效的服务。

前景展望应用领域及前景展望02 FDS5Chapter软件安装与启动流程获取软件安装包01安装步骤02启动软件03状态栏显示当前软件的状态信息，如当前操作、坐标位置、对象数量等。

显示当前选中对象的属性和参数，方便用户进行查看和修改。

绘图区用于显示和编辑模型的主要区域，支持多种视图模式和操作方式。

菜单栏包含文件、编辑、视图、工具、窗口和帮助等菜单项，提供软工具栏主界面布局及功能区域划分关闭文件选择“文件”菜单中的“关闭”命令，或使用快捷键Ctrl+W ，关闭当前打开的文件。

新建文件选择“文件”菜单中的“新建”命令，或使用快捷键Ctrl+N ，创建一个新的空白文件。

打开文件选择“文件”菜单中的“打开”命令，或使用快捷键Ctrl+O ，打开一个已存在的文件。

保存文件选择“文件”菜单中的“保存”命令，或使用快捷键Ctrl+S ，将当前文件保存到指定位置。

另存为功能允许用户将文件另存为其他格式或位置。

烟雾扩散模型课件

刺激性
烟雾可能会刺激眼睛和呼吸系统。
烟雾的扩散原理
风向
烟雾会随着风向扩散，风力越大，扩散范围越广。
地形
地形的高低起伏会影响烟雾的扩散，如山谷风、城市热岛效应等。
温度
温度会影响空气流动，进而影响烟雾的扩散。
03
烟雾扩散模型建立
建立模型所需的数据和参数
01
02
03
04
气象数据
包括风速、风向、气压、气温等气象信息。
当前阶段
目前，烟雾扩散模型已经广泛应用于城市规划、环境保护、火灾预警等领域，并且随着大数据和人工智能技术的不断发展，模型精度和效率也在不断提高。
发展阶段
到了20世纪中叶，随着计算机技术的进步，数值模拟方法开始被应用于烟雾扩散模型的研发。
未来趋势
未来，烟雾扩散模型将朝着更高精度、更复杂场景和更智能化方向发展，同时也会更加注重与其他领域如地理信息系统、环境科学等的交叉融合。
地理信息
如地形、建筑物分布、道路网络等。
排放源数据
包括排放源的位置、排放速率、排放高度等。
环境空气质量标准
用于评估模型预测结果是否符合标准。
建立数学模型
利用排放源数据和气象数据，建立排放清单和排放速率模型。
根据排放清单和排放速率模型，结合地理信息和气象数据，建立三维烟雾扩散模型。
利用数值计算方法求解模型方程，得到烟雾浓度分布。
合理布局工业区
利用烟雾扩散模型，可以模拟不同工业区布局对城市空气质量的影响，为工业区规划提供参考。
制定排放标准
通过烟雾扩散模型，可以模拟不同排放标准下空气污染物的扩散和浓度分布，为制定合理的排放标准提供技术支持。

火灾瞬态烟雾扩散模型及预测

火灾瞬态烟雾扩散模型及预测一、火灾瞬态烟雾扩散模型概述火灾作为一种突发性自然灾害，其危害性极大，不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会引发严重的社会影响。

火灾发生时，烟雾的扩散是一个关键因素，它不仅影响火灾的扑救，还直接关系到人员的安全疏散。

因此，研究火灾瞬态烟雾扩散模型，对于火灾预防和应急处理具有重要的意义。

1.1 火灾瞬态烟雾扩散模型的定义火灾瞬态烟雾扩散模型是指在火灾发生时，通过模拟烟雾在空间中的扩散过程，预测烟雾的浓度分布和扩散范围。

这种模型可以帮助人们了解火灾发生时烟雾的扩散规律，为火灾的预防和扑救提供科学依据。

1.2 火灾瞬态烟雾扩散模型的研究背景随着城市化进程的加快，高层建筑和大型综合体越来越多，火灾的危险性也随之增加。

火灾发生时，烟雾的扩散速度极快，短时间内就能覆盖大面积区域。

因此，研究火灾瞬态烟雾扩散模型，对于提高火灾应急处理能力，保障人员安全具有重要的现实意义。

二、火灾瞬态烟雾扩散模型的构建火灾瞬态烟雾扩散模型的构建是一个复杂的过程，涉及到多个学科的知识，如流体力学、热力学、化学反应动力学等。

以下是构建火灾瞬态烟雾扩散模型的关键步骤和方法。

2.1 火灾瞬态烟雾扩散模型的基本原理火灾瞬态烟雾扩散模型的基本原理是利用流体力学和热力学的基本原理，模拟烟雾在空间中的扩散过程。

烟雾的扩散受到多种因素的影响，如温度、湿度、空气流动等。

通过建立数学模型，可以模拟这些因素对烟雾扩散的影响。

2.2 火灾瞬态烟雾扩散模型的数学表达火灾瞬态烟雾扩散模型的数学表达主要包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

这些方程描述了烟雾在空间中的扩散过程，是构建模型的基础。

通过求解这些方程，可以得到烟雾浓度的分布和扩散范围。

2.3 火灾瞬态烟雾扩散模型的数值模拟数值模拟是火灾瞬态烟雾扩散模型构建的重要手段。

通过数值方法，可以将复杂的数学方程转化为可计算的数值问题。

常用的数值模拟方法有有限差分法、有限元法和有限体积法等。

如何利用3Dmax制作烟雾特效

如何利用3Dmax制作烟雾特效烟雾特效是动画和电影制作中常见的一种特效，它可以给场景增添神秘、浪漫或者恐怖的氛围。

在3Dmax中制作烟雾特效需要一定的技巧和注意事项。

下面将详细介绍制作烟雾特效的步骤。

准备工作1. 熟悉3Dmax软件的基本操作：在开始制作烟雾特效之前，你需要熟悉3Dmax软件的基本操作，包括界面的布局、视图的切换和模型的创建等。

2. 了解烟雾特效的原理：在制作烟雾特效之前，你需要了解烟雾的形成原理，包括颗粒物质的运动和扩散规律。

这可以帮助你更好地理解和模拟真实的烟雾效果。

步骤一：创建烟雾粒子系统1. 创建烟雾容器：在3Dmax中创建一个容器来装载烟雾，可以选择一个适合的形状，如长方体或球体。

2. 创建烟雾粒子：在容器内创建一个粒子系统，用来表示烟雾的粒子。

你可以根据需要调整粒子的数量、大小、颜色等参数。

3. 调整粒子的运动属性：通过修改粒子的速度、重力和空气阻力等属性，来模拟烟雾的上升、扩散和漂浮效果。

步骤二：设置烟雾材质1. 创建烟雾材质：在3Dmax中创建一个烟雾材质，你可以选择一个透明、半透明或者发光的材质效果。

2. 调整材质的参数：通过修改烟雾材质的颜色、透明度和发光强度等参数，来实现不同类型的烟雾效果。

你可以根据实际需要进行调整。

步骤三：渲染和效果调整1. 设置渲染器：在3Dmax中选择一个合适的渲染器，如Mental Ray或者V-Ray。

不同的渲染器有不同的参数设置和效果效果。

2. 调整渲染器的参数：通过修改渲染器的光照、阴影和全局光照等参数，来增加渲染效果和增强烟雾的真实感。

3. 进行渲染和效果调整：在完成渲染设置后，可以进行渲染预览，查看烟雾效果是否符合预期。

如果需要，可以进行进一步的调整和优化。

步骤四：导出和应用1. 导出烟雾特效：在3Dmax中导出烟雾特效的相关文件，可以选择导出为序列帧或者视频文件，以便在其他软件中使用。

2. 应用烟雾特效：将导出的烟雾特效文件导入到其他软件中，如影视后期制作软件或者游戏引擎，并根据需要进行进一步的编辑和调整。

FDS软件介绍及实例应用

使用技巧与注意事项
参数设置与调整
正确设置模拟参数对于获得准确结果至关重要，包括火源功率、材料燃烧特性、环
境温度等。
A 模型简化与网格划分
在使用FDS软件进行模拟时，需要对实际场景进行适当简化，并合理划分计算网格，以保证计算精度和
效率。
B
C
D
软件更新与维护
定期关注FDS软件的更新与维护情况，及时获取最新版本的软件和相关技术支持。
火灾蔓延预测
根据火灾场景和燃烧条件，预测火灾的蔓延速度和范围。
人员疏散模拟
结合人员行为模型，模拟火灾中人员的疏散过程和安全性评估。
FDS软件特点
开源免费
FDS是一款开源软件，用户可以免费获取和使用，同时可以根据需求进行二次开发。
高精度模拟
FDS采用先进的CFD算法和燃烧模型，能够实现高精度的火灾模拟。
灵活性强
FDS支持多种网格划分和边界条件设置，可以适应不同规模和复杂度的火灾场景建模。
可视化界面
FDS提供直观的可视化界面，方便用户进行模型构建、参数设置和结果展示。
02
CATALOGUE
FDS软件安装与操作
安装步骤
下载FDS软件安装包
安装前准备
从官方网站或授权下载站点下载最新版本的 FDS软件安装包。
扩散过程模拟
污染源建模
根据污染源的特性和排放规律，建立相应的数学模型，描述污染物的排放过程。
扩散模型选择
选择合适的扩散模型，如高斯模型、拉格朗日模型等，对污染物的扩散过程进行模拟。
数值计算
采用数值计算方法，对扩散模型进行求解，得到污染物在空间中的浓度分布。
结果分析与讨论

火灾模拟技巧 Blender烟雾模拟教程

火灾模拟技巧：Blender烟雾模拟教程在Blender软件中，烟雾模拟是一个酷炫且有趣的功能，它可以用于制作逼真的火灾场景。

本文将介绍如何使用Blender进行烟雾模拟的教程和一些技巧。

首先，确保已经安装了最新版本的Blender软件。

然后，打开Blender并创建一个新的场景。

接下来，选择一个物体作为火灾的源头。

例如，可以使用一个立方体作为一个燃烧的建筑模型。

选中该物体并进入编辑模式。

在编辑模式下，选择一个顶点或一个面作为火焰的起点。

选择一个较小的区域以模拟火焰的起点，这样可以使效果更加逼真。

选中起始区域后，按下Shift + S并选择“光标定位到选中”以将光标定位到所选区域的中心。

然后，切换到“物理属性”面板，并将场景中的重力设置为0，以模拟火焰的漂浮效果。

接下来，在“模拟”选项卡下，选择“烟雾”并启用烟雾模拟。

现在，我们需要设置烟雾的属性。

在“属性”面板中，调整“烟雾域”下的“分辨率”值以控制烟雾的细节级别。

较低的值将产生较粗糙的烟雾效果，而较高的值将产生更细腻的烟雾效果。

另外，可以调整“密度比例”以控制烟雾的浓度。

较高的值将产生更浓厚的烟雾效果，而较低的值将产生较轻薄的烟雾效果。

在“流体”选项卡中，可以调整烟雾的速度和扩散程度。

通过调整“速度比例”和“扩散比例”来实现所需的效果。

然后，在场景中放置一个摄像机，以便观察烟雾模拟效果。

调整摄像机的位置和角度以获取最佳视角。

最后，点击“模拟”选项卡上的“开始模拟”按钮以开始烟雾模拟。

Blender将开始计算烟雾的行为和外观。

在模拟完成后，可以通过播放模拟和调整视图来预览火灾效果。

如果需要，可以通过调整模拟设置进行微调，以获得更理想的效果。

当满意火灾模拟效果后，可以渲染并导出最终的火灾场景。

在“输出”选项卡中，选择所需的输出格式和设置，并点击“开始渲染”按钮。

Blender将使用所选设置渲染场景，并生成最终的火灾模拟效果。

通过使用Blender的烟雾模拟功能，您可以轻松创建逼真的火灾场景。

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烟雾扩散的计算机模拟* 钟志农黎全( 国防科技大学204 教研室湖南410073)摘要烟幕干扰是现代光电对抗技术的一种重要手段。

本文通过建模、对烟源在大气湍流的扩散作用下形成烟幕的浓度分布进行模拟。

关键词烟幕大气湍流模拟1 引言随着现代战争光电装备的广泛使用, 光电对抗技术也得到长足的发展。

其中烟幕干扰是光电对抗的一种重要手段, 由于其成本低、操作简单、效果好, 因此得到了广泛的应用。

烟幕干扰主要是通过烟幕粒子对光波的吸收、散射作用来达到干扰的目的。

因此, 研究烟幕的浓度分布具有十分重要的意义。

本文对在广阔平坦地形上的地面点源模型( 非热源、静态的) , 在大气湍流的作用下扩散形成烟幕的浓度的分布进行模拟分析。

2 数学模型2. 1 扩散方程在近地面层, 大气的运动通常是湍流的, 而烟幕的形成主要是受到大气湍流的影响( 此时可忽略分子扩散过程) 。

根据连续方程和梯度输送理论, 烟扩散应遵循方程。

dc dt = 9 9x(*V 9c 9x) + 9 9y( Ky 9c 9y) + 9 9z( Kz 9c 9z) dc dt= 9c 9t+ u 9c 9x+ M9c 9y+ w 9c 9z ( 1) 其中c 代表平均浓度, Kx、Ky、Kz 分别表示x、y、z 方向的扩散系数, u、v、w 分别表示x、y、z方向的平均风速。

2. 2 高斯扩散模型大量小尺度颗粒扩散试验表明, 烟幕浓度近似符合正态分布[ 2] 。

因此把浓度作为一种近似的正态分布, 就是高斯扩散模型( 相当于扩散系数K 等于常数时扩散方程的解) 。

假设地面为全反射, X轴与平均风向平行, 则[1,2] 连续源:C=QP uRyRzexp[-1 2(y2 R2 y+z2 R2 z) ]瞬时源:C=2Q( 2P ) 3/2RxRyRzexp{-1 2[( x- ut) 2 R2 X+y2 R2 y+z2 R2 z] }* 收稿日期: 1999-04-12 18烟雾扩散的计算机模拟Q 代表源强度,Rx、Ry、Rz 分别表示x、y、z 方向的浓度标准差, u 为平均风速。

3 数值模拟对于扩散方程( 1) , 由于扩散系数K 并不是常数。

因此一般不能象高斯扩散模型那样, 求出其解析值, 而是使用数值解法。

假设X 轴与平均风向平行, 只考虑x 方向的风速, 即令V= W= 0。

则由方程( 1) 可得: 对于瞬时源: 9c 9t= - u 9c 9x+ 9 9x(*V 9c 9x) + 9 9y( Ky 9c 9y) + 9 9z( Kz 9c 9z) ( 2) 对于连续源, 可忽略x 方向的湍流扩散, 而只考虑平流扩散, 既在方程( 2) 中令Kx= 0。

3. 1 参数确定3. 1. 1 风速随高度的分布[ 2] 近地层的风速分布与许多因素有关, 其数学方程一般可取为: 中性层结:u=u* xlnz z0 非中性层结:u= u1(z z1)p中性层结、非中性结代表大气稳定度, 它可通过气象条件、风向标准差等确定[ 1, 2] 。

其中u* 代表摩擦速度, Z0 代表地面粗糙高度, P 由大气稳定度和地面粗糙高度确定, x 为卡门系数, 取为0. 4。

3. 1. 2 扩散系数的确定[1] 根据莫宁- 奥普霍夫相似理论, 垂直扩散系数为:kz=ku* z 5( z/ l) 其中5( z/ l) 按不同大气稳定度为:5( z/ l) =1+ 4. 7z/ l z/ l0 稳定1 z/ l= 0 中性( 1-15z/ l) - 1/2 z/ l0 非稳定l 为莫宁长度, k 取0. 4, u* 由大气稳定度确定。

水平扩散系数为:ky=1 2udR2 y dx 3. 2 数值解法由于差分法具有简单、容易实现的特点, 故可采用有限差分法。

对于方程( 2) , 可利用多维问题的分步解法[3,4] , 把其分解为多个方程。

以连续源为例, 方程可化为: 19光电对抗与无源干扰1999 年第3期9c 9t = - u9c 9x9c 9t =9 9x( Kx9c 9x)9c 9t =9 9y( Ky9c 9y)9c 9t =9 9z( Kz9c 9z) 这样每个方程可以选用不同的差分格式, 只要保证每个方程都收敛、稳定, 则整个计算收敛、稳定。

但要注意在选取差分格式时, 它必须要满足物理意义。

3. 3 解域、边界条件的确定此三维模式的解域可简化为一长方体, 烟源位于原点。

它包含六个边界: 上边界、下边界、左、右边界和前、后边界。

如下图:下边界条件: 下边界为地面, 是真正的物理边界。

它满足下式: Kz9c 9z z= 0= Q Q 为烟幕在地表面的质量通量, 当没有质量交换时, Q= 0。

左边界条件: 满足:( uc- Kx9c 9x) X= 0= uca ( 3) Ca 表示边界外浓度, 可取为0, 对于连续源取Kx= 0。

其它边界可以浓度梯度连续为条件, 即: ( P 代表各方向) 92c 9p2 p= 0 源处理: 由于使用差分格式, 则必须用体源代替点源。

4 修正4. 1 准静风情况当U< 1( m/ s) 时, 就属于准静风情况, 此时不能忽略X 方向的湍流扩散。

对于连续源, 考虑高斯扩散模型, 此时可以使用烟团模式, 即把t 时间内释放的烟Q t 看成一个20烟雾扩散的计算机模拟烟团, 则可得[ 2] :c= 0 dt 2Q ( 2P ) 3/2RxRyRzexp-1 2[( x- ut) 2 R2 y+y2 R2 y+Z2 R2 z]对于数值模拟, 连续源的方程须取为( 2) , 边界条件取为( 3) 。

4. 2 考虑干沉积烟幕在大气中输送和扩散时, 随时都会被地面阻留, 并形成持续不断的烟从大气向地表作质量转移。

这种与降水无关的过程称为干沉积。

根据张伯伦的理论[ 1] , 可定义: D= Vdc( x, y, zd) 其中Vd 为沉积速度, D 为沉积量, Zd 为参考高度。

4. 2. 1 Vd 的确定假设烟幕为单分散相。

对于烟的颗粒( 直径dp20Lm) , 可取VdVs, Vs为重力沉降速度[5] : Vs= 2g(Q p- Q ) dp/Q g 为重力加速度, Q p、Q分别是烟幕颗粒和大气的密度。

对于dp é20Lm 的颗粒, 整个干沉积过程可类同于电流或热流通经一系列的阻抗, 则[1] : Vd= ( ra+ rs+ rarsVs) - 1+ Vs ra 为气动成份阻抗, 可取: ra= u( z) / u* 2。

rs 为表面成份阻抗, 可取rs= 2. 6/ ku* , k 为常数取为0. 4。

4. 2. 2 高斯扩散模型采用源损耗模式[2] , 即将在下风向x 处由于干沉积所造成的浓度的减少归结于源强的损耗。

此时, x 处有沉积时的浓度相当于直到x 处由于干沉积而损耗后烟的剩余量( 有效源强) 所产生的无沉积情况下的浓度, 定义扩散函数S( x, y, z) 为s( x, y, z) =uc( x, y, z) Q 根据源损耗原理, 则有干沉积时用有效源强Q( x) 代替Q, 有C( x, y, z) =Q( x) us( x, y, z) ( 4) 可以获得Q( x) 的表达式为Q( x) = Qexp[- - x 0 Vd u S(N ,N , z) dNdN ) ] 把其代入( 4) 即可得浓度4. 2. 3 对于数值模拟整个干沉积过程, 假设只考虑重力沉积, 则此时方程( 1) 须改写为dc dt = 9 9x(*V 9c 9x) + 9 9y( Ky 9c 9y) + 9 9z( Kz 9c 9z+ Vsc) 下边界条件为( Kz9c 9z+ Vsc) z= 0= VdC( x, y, zd)21光电对抗与无源干扰1999 年第3期5 结果与讨论本文以连续源为例, 在计算参数相同时, 对于大气处于非稳定状态, 分别用高斯扩散模型和数值模拟的方法计算烟幕的浓度分布, 结果如图1、图2:由图比较可知, 使用高斯扩散模型时计算的轴线浓度较大; y 方向的扩散两者相当; 但在z 方向高斯扩散模型计算所得的扩散范围明显比数值模拟的小。

这是由于高斯扩散模型只考虑平均风速, 没有考虑风速随高度( z方向) 的变化即风速廓线的影响造成的。

使用数值模拟, 在其它条件相同的情况下, 对于大气处于非稳定和稳定状态时烟幕的浓度分布进行了计算, 计算结果见图3、图4:由图可见烟幕浓度近似成正态分布; 大气处于非稳定状态时, 烟幕扩散的范围不论是y 方向, 还是z 方向, 都比大气处于稳定状态时要大; 但前者的轴线浓度要比后者小。

这22烟雾扩散的计算机模拟是由于当大气处于非稳定状态时, 大气湍流运动剧烈, 大气湍流的扩散能力加强, 因此输送和稀释物质能力也加强, 从而造成烟幕扩散范围加大, 浓度降低。

当考虑干沉积, 其它条件同上, 计算烟幕的深度分布如图5、图6:此时干沉积对烟幕扩散的范围影响不大; 但不论大气处于非稳定还是稳定状态, 烟幕深度明显下降, 并且大气处于稳定状态时, 浓度下降幅度比处于非稳定状态时要大。

这是由于虽然处于非稳定时的烟幕颗粒沉积速度比稳定时要大, 但处于稳定状态时近地面的烟幕浓度远比非稳定状态时的大, 因此总的效果是处于稳定状态时烟幕的沉积量要多, 使得烟幕浓度下降较快。

6 影响模拟精度的因素以上模型都是以一定的假设、简化为基础, 因此计算的结果只能是对实际情况一种统计平均的近似; 其次, 模型中的一些参数如风速、深度标准差都是以大气稳定度为基础, 而参考文献中对大气稳定度的划分对于小尺度扩散模拟就显得比较粗糙; 另外, 有些参数的确定是通过对实验观测资料的拟合而求得, 由于实验方法本身存在缺陷, 因而给整个模拟过程带来误差。

以上因素对烟雾的模拟有很大的影响, 通过对其进行修正, 可以更精确地对烟雾扩散进行模拟, 使其更接近实际。

参考文献1、朱岗昆. 大气污染物理学基础. 高等教育出版社, 1990 2 李宗凯等. 空气污染气象学原理及应用. 气象出版社, 1985 3 桑建国等. 大气扩散的数值计算. 气象出版社, 1992 4 忻孝康等. 计算流体动力学. 国防科技大学出版社, 1989 5 乔小晶等. 烟雾颗粒沉降速度研究. 火工品. 1997, 1: P30~ 33 6。