油池火羽流特性的数值模拟
细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟
关键 词 ： 水 雾 ；计 算 流体 力 学 ；数 值 模 拟 细 中 图 分 类 号 ： Ｕ８ ， ３ Ｔ ９ Ｘ９ ２ 文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ９ ０ ２ （ ０ ６ ０ —０ ５ —０ １ ０ — ０ ９ ２ ０ ）１ ０ ２ ３
１பைடு நூலகம்引 言
细水 雾灭火 系统 以其 价格 低廉 、 环境 友好 、 良好 的 电绝 缘性 和 能有 效 降低 烟 气 毒 害等 优 点 ， 年来 在 哈 近 龙替 代技术 中越来 越 受到 国 际消防界 的青 睐 。 因此 越 来越 多的 国 内外 研究 机构进 行 了细水 雾 灭火方 面 的研
水 雾 对 喷 头 正 下 方 的 火 源 灭 火 效 果 最 好 ， 灭 火效 果 随 火 源 距 且
离喷 头 横 向 距 离的 增 加 而 减 弱 。
× ０ ６ｍ， ０ ２ｍ， 率 为 ３ ０ｋ 的 油池 火源 ， 火 ． 高 ． 功 ６ Ｗ 在 源上 方 ０ ３ｍ、． １ ０ｍ、 ． ２ ０ｍ、 ． ０ ５ｍ、． １ ５ｍ、 ． 处分 别 放 置热 电偶 ， 正上 方 ２ ８ｍ 处 有一 细水 雾喷 头 。 ．
现象予 以考 虑相 当 困难 。 火 灾场 模拟 作为计 算 流体 力学 （ Ｆ 在建 筑 中烟 Ｃ Ｄ） 气及热 气传 导 的数值模 拟 ， 到 了广 泛 的应用 。 得 目前对 于火焰 引起 的湍 流 比较可靠 的数值模 拟方 法是 使 用大 涡仿真 【 （ ｒ ｅｅ ｄ ｉ ｌｔ ｎ Ｌ Ｓ ） ４ １ ｇ ｄ ｙｓ ａ ｍｕａｉ （ Ｅ ） 。它 可 以得 到 ｏ 真 实 的瞬 态 流场 且精 确 度 相 当高 ， 而计 算 工 作量 比直 接 数值 模 拟 却小 得 多 ， 现 有 条 件下 模 拟 高 雷诺 数 的 是 紊 流流 动 的最佳方 法 。
庚烷池火羽流热反馈效应理论分析和仿真研究
第17卷 第11期 中 国 水 运 Vol.17 No.11 2017年 11月 China Water Transport November 2017收稿日期：2017-08-07作者简介：张必彦（1988-），女，湖北武汉人，工学硕士，中国人民解放军91550部队助理工程师，研究方向为测试技术。
庚烷池火羽流热反馈效应理论分析和仿真研究张必彦１，罗 斌2，李良才2（1．中国人民解放军91550部队，辽宁 大连 116023；2．中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430000）摘 要：火焰羽流热反馈是火灾发生过程中能量传递的一种重要形式，是火势发展和蔓延的重要影响因素，具有重要的理论研究和工程应用价值。
本文以开放空间庚烷油池火燃烧为例，在池火燃烧热平衡方程分析的基础上建立了火焰羽流热反馈简化模型，并提出了火羽流热反馈效应的计算公式；建立庚烷油池火CFD 模型，对油池火的火灾特性参数以及火焰羽流热反馈效应进行仿真分析，对理论分析结果进行仿真验证。
研究结果表明：1m 2庚烷油池火燃烧过程中，由火羽流热辐射和热对流效应引起的油池质量损失率的变化约占总的质量损失率的53%和37%，是影响液体火灾发生发展的重要因素。
关键词：火焰羽流热；燃烧；仿真；液体火灾中图分类号：TU998 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）11-0028-03一、引言火焰羽流热辐射和热传递特性与火灾的发生发展密切相关，它既是火灾蔓延的基础，又是造成人员伤亡的直接原因之一，因此开展火灾中热辐射和热传递规律理论研究能够为舰船火灾消防和防火结构化设计提供参考，具有重要的现实意义。
油池火作为最具代表性的火灾燃烧形式，能够反映火灾的发生发展规律，受到了国内外学者广泛关注。
基于油池火热辐射和热传递规律的研究在油池火焰与燃料间的热对流、热辐射和热传导作用的理论和仿真分析基础上，系统分析油池火热效应的影响因子，深入探讨油池火热反馈及热传递对火灾发生发展、火灾蔓延和人员逃生等的影响，对火灾热辐射和热传递特性的研究分析具有重要指导意义。
油池火羽流特性的数值模拟
油池火羽流特性的数值模拟摘要：本文利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。
并采用Heskestad提出的计算方法，对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速度等进行了计算。
并与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度，并将数值模拟结果和理论预测值进行比较。
从中可以发现，模拟的结果在趋势上和理论计算是相一致的，但是也呈现了一定的差别。
关键词：油池火灾羽流中心线温度数值模拟0 引言火羽流是火灾的初始基本形态,在竖直方向上,火羽流可分为3个较为明显的区域,即连续火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。
羽流中心线温度和羽流中心线速度是火羽流的重要特征参数,因而一直是人们关注和研究的热点。
目前，许多学者对此做了大量的实验研究[1-8]，其中McCaffrey[2]通过实验将羽流中心线上的平均温度随高度的变化和平均速度随高度的变化分为了三个区域，即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流去。
并且随着随着经济的发展，现有的消防规范无法适应现代的各种特殊建筑，性能化建筑防火分析与设计应运而生，（Fire Dynamics Simulator）作为建筑火灾发展过程计算模拟的主要工具，也得到了越来越广泛的应用。
本文通过采用模拟油池火，并将模拟的结果和McCaffrey模型进行对比分析，主要分析了火焰中心线上的平均温度和平均速度。
2 理论基础2.1 虚点源Heskestad的理论模型中认为虚点源的表达式为式中，D为火源直径或当量直径，m;Q为火源的热释放速率，KW。
2.2 自由扩散火焰的平均火焰高度间歇性函数I(z)的值随着高度的增大而由恒定值I逐渐减少，最终为零。
平均火焰高度指的是间歇性函数I(z)的值降为0.5时所对应的可燃物表面以上的火焰高度。
Heskestad等分析了多种来源的实验数据，给出了如下描述无量纲火焰高度表达式为：对于标准状态下的火焰高度表达式为(3)式中L、D的单位为m；的单位为KW。
野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟
灾事故热辐射的影响范围。
用湍流燃烧模型、热辐射模型以及烟气模型，利用 FLACS 模拟
以上研究大多针对固定场地、金属油罐（池）开展 ，为
直径 0.5 m 的小尺度油池火燃烧和大尺度野外组合式软体油囊油
了找出野外条件下组合式软体油囊油料火灾发展规律 ，
更
料泄漏起火。结果表明：油池火燃烧最大热辐射通量分布并不以
式中 ：χ1 为反应物共存的概率 ；χ 2 为加热程度 ；χ 3 为缺失限
算火灾热辐射量。该模型是解决含参与介质辐射传递问
制反应。
题的一种常用方法。DTM 的主要优点是计算精确、尺度
·
m 可以表示为式（3）。
灵活，
同时还可用于求解共轭传热问题。由于在计算开始
m =m * γ *
·
·
（3）
·*
时，
正确的初始强度是未知的，
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Y
电脑
XF-D
排图文
FYC
校对
１
GMCC
修改时间：2021 年 06 月 02 日 18:00:41
3
2
防灾减灾评估
野外组合式软体油囊油料火灾发展规律数值模拟
王春辉，蒋新生，张
霖，余彬彬，蔡运雄，王子拓，何东海
（陆军勤务学院油料系，重庆 401331）
摘
要：针对油料火灾燃烧特性，
基于油料燃烧实验结论，选
油性能优良的高分子弹性体材料制成的软质储液容器。
野外组合式软体油囊系统由若干个具有收、发、储油功能
的软体油囊组成，
主要用来在野外储存和收发汽油、煤油、
柴油等轻质油料 ，同时也可以给车辆加油和灌桶 ，在应急
抢险、抗震救灾等非战争军事行动及现代军事行动中大量
油藏数值模拟的基本数学模型3
黑油模型
三维三相黑油模型
黑油模型又称β模型，实际是组分模型的一个特例——油气水三组分模型。它用两个组 分来近似描述碳氢体系多相流系统，一个组分是不可挥发油组分（黑油），另一个是 能够溶解于油相的气组分（以甲烷为主），常规黑油模型一般只考虑油和气只发生一 种相转换，即油不能汽化，但气可以从油中出入。 油组分是指将地面原油在地面标准状况下经分离器分离后所残存的液体，气组分是指 全部分离出来的天然气。 建模条件：油气水三相等温Darcy渗流；气体的溶解和逸出瞬时完成，不许凝析和反 凝析；油水间不互溶；气一般不溶于水（小）；一般水为湿相，油为中等润湿，气为 非湿相。 考虑重力、毛管力。 Black Oil Model目前发展最完善，最成熟，油田广泛应用。
黑油数学模型
（1） 运动方程： KK ro 油相： Vo
o
P
o
( o g gd g )D ，D 为海拔深度 ( g g )D
气相： Vg 水相： Vw （2）
KK rg
g
KK rw
P
g
w
Pw ( w g )D
连续性方程：
控制体内流体存储量变化量：
dxdydzdt t
源汇项：
注入：q——”+” 采出：q——”_”
qdxdydzdt
x、y、z三个方向连续性方程直角坐标形式 ：
v x v y v z dxdydzdt qdxdydzdt dxdydzdt y z t x v x v y v z q t y z x div( v ) q ( v ) q t
3、考虑渗流的区域、区域的几何特征、渗透性、储容性、渗流方式， 选择描述的自变量，确定建模假设条件等。 4、数学模型是对油藏渗流系统的近似。
不同工况下细水雾灭火效能影响的数值模拟
不 同工 况 下 细 水 雾 灭 火 效 能影 响 的数 值 模 拟
张 健 青 。
（ ． 国矿 业 大学 （ １中 北京 ）资 源与安 全 工程 学院 ， 北京 １ ０ ８ ； ０ ０ ３
２ 中 国石 油化 工股份 有 限公 司 胜利 油 田分公 司 ， ． 山东 东营 ２ ７ ０ ） ５ ０ １
２ 模 拟 结 果及 分 析
中 图分 类 号 ： ９ ４ ４ Ｔ ９ Ｘ ２ ． ， ｕ８ ２
文 献 标 志码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：０ ９ ０ ９ ２ １ ） ３ Ｏ ７ 一 Ｏ １ ０ —０ ２ （ ０ ２ Ｏ 一 ２ ５ ３
为 了提 高 细 水 雾 灭 火 效 能 ，影 响 。 模 拟 结 果 表 明 ： 细 水 雾 与 火 焰 相 互 在
作 用 过 程 中粒 径 分 布 对 灭 火 效 能 影 响 显 著 ； 水 雾 在 粒 径 小 于 细
１ ０ ｍ 时 不 能 实现 有 效 灭 火 ； Ｏ 当粒 径 为 ２ ０ ０ ｍ 时 细 水 ０ ～４ ０
７ ４
０ ０ ．１
１０ ２０４ ０ ０／０ ／０
６。 ０
１ ５
室 内在 人 员 呼 吸 高 度 １ ５ｍ 处 和 距 离 油 池 表 面 ０ １ ． ． ｍ 处 设 定 两处 测 点 ， 定 细 水 雾 与 火 焰 相 互 作 用 过 程 参 测 数 变 化 。计 算 模 拟 不 同粒 径 对 细 水 雾 灭 火 过 程 造 成 的影 响 ， 定 网格 尺 寸 为 ０ １ｍ×０ １ｍ×０ １ｍ， 始 温 度 为 设 ． ． ． 初 ２ ５℃ ， 力 为标 准 大气 压 。 压
表 １ 喷 头 参 数 项目 设 定 值 启 动 温 度 偏 移 半 径 平 均 粒 径 喷 射 角度 入 射 速 度
隧道火灾中火羽流特性的数值模拟
模 拟 分析 ， 究 了隧 道 坡 度 对 火羽 流 的 影 响 ， 前 人 所 进 行 的 研 与
动 方 ： ＿８， ［ｏ ｏ］ 量程 ｐ ８２，ｕ ＿ ／ｕ ｉ （＋ ）
罟 ｌＯ） （ ｕ＋２Ｐ ｊ —ｅ 』 ５ｇ 十
Ｓ ｒ ｃ ｍｅ ｒ等 人 在 ２ ０ ｔｕ ｋ ｉ ｅ ０ ４年 Ｉｔ ．Ｎｕ ｒ ｎ．Ｊ ｍｅ．Ｍｅｈ ｔ． Ｆ ｕｄ ｌｉｓ上 发 表 的题 为 “ ｄ ｌｎ ｎ ｉ ｌｔ ｎ ｏ Ｍｏ ｅｌ ｇ ａ ｄ ｓ ｉ ｍｕａｉ ｆ ｏ ｆ ｅ ｅ ｉ ｅｔｎ ｅ ” ｉ ｓ ｎｖ ｈｃ ｕ ｎ ｌ 的文章 ， Ｎ一 ｒ ｉ ｌ ｓ 对 ． Ｓ方程 进行低 马
（ ２ ）
Ｄ ｔ一
（） ＿ 罢
（ ３ ）
熹（ ｓ ＋ ∑ ∑ Ｖ ＋ ｓ ． ｔ ）
随着世 界经济 的发 展 ， 们对 交通 、 人 运输 的要求 越 来越 高 。地 铁 、 路 、 车穿 山隧道 甚至 海底 隧道不 断 公 火
出现 ， 以缓解 日益增 长 的交通 压力 。 而地铁 运 营安全 是 非常 突出 的问题 ， 隧道 内空 间 相对 封 闭 ， 散条 件差 ， 疏
称分布将被破坏 Ｒ ｆ ｌ ａ ｅｔ ０— ａ ｄ ｒ 等人研 ａ ｅ Ｂ ｌ ｓ ｒｓＴ ｊ ｕａ ａ ｌ ｅ ａ
究 了 隧 道 坡 度 对 火 灾 时 隧 道 通 风 的 影 响 。Ｇ． Ｔ．
Ａｔｉｓ ｎａ ｄＹ． ｋｎ ｏ ｎ ｗｕ对倾 斜 隧 道 烟 气 排 放 的 临界 速
方形 成热 羽流 ， 羽流 上升且 不断 卷吸周 围 的冷空气 。 热
当热羽 流上 升至 顶篷 时 ， 将会 形 成 两股 气 流 分别 以相 反 的方 向沿 着隧 道顶棚 传播 。如果 火源两 侧 的建筑 结 构 和障 碍物 是对 称 分布 ， 理论 上 上 升 的热 羽流 和 两 股 气 流也应 该是对 称分 布的 。 ． Ｌ Ｈ．Ｈｕ等人 研 究 了火 灾
大型储油罐区液池火灾热辐射数值模拟解析
１０３６０．６１Ｄ（１）式中：Ｈ为火焰高度，ｍ；Ｄ为液池当量直径，ｍ；ｄｍ／ｄｔ为单位表面积燃烧速度，ｋｇ／（ｍ２·ｓ）；ρａ为周围的空气密度，ｋｇ／ｍ３；ｇ为重力加速度，９．８ｍ／ｓ２。
．２火焰表面热辐射假设池火火焰为圆柱体形状，燃烧产生的热量从圆柱体形火焰的侧面和上底面均匀地向外辐射，则池火火焰表面热辐射通量Ｅ如式（２）所示。
Ｅ＝ＤＨｆｃｄｔ（Ｄ＋４Ｈ）（２）式中：Ｅ为火焰表面热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｈｃ为液体燃烧热，Ｊ／ｋｇ；ｆ为热辐射系数，可取ｆ＝０．１。
．３目标入射热辐射通量有烟情况下，目标入射热辐射通量Ｅｆ见式（３）所示。
Ｅ－Ｄ／Ｌ－／ｆ＝Ｅｍ（ｅξ）＋Ｅξξ（１－ｅＤＬ）（３）式中：Ｅｍ为火焰表面最大热辐射通量，Ｗ／ｍ２；Ｌξ为热辐射功率特征长度；Ｅξ为烟表面热辐射能，取２０ｋＷ／ｍ２。
油罐区概况以１０万ｍ３储油罐区为例。
假设罐区长３３２ｍ，宽２０ｍ，防火堤高２ｍ。
罐区内有６个１０万ｍ３储罐。
罐直径为８０ｍ，高２１．８ｍ，被长、宽均为１１０ｍ的隔堤隔开。
罐区结构及储罐分布如图１所示。
假设气象条件为：风速１．５ｍ／ｓ，考虑最恶劣状况，风向吹向监测位置；大气稳定度为Ｄ级；气温为２０℃；日照辐射为０．５ｋＷ／ｍ２。
假设１号储罐发生泄漏，汽油流入隔堤，并在隔堤内发生燃烧，而并未引燃罐中储油。
液池当量直径Ｄ的算法如式（４）所示。
Ｄ＝（４Ｓ／３．１４）０．５（４）式中：Ｓ为液池表面面积，ｍ２。
计算模拟．１对周边储罐的影响将池火周围的储罐按照距离远近划分为３类，分别命名为：第一邻近储罐，如图１中距离池火最近的２号和号罐；第二邻近储罐，如图１中５号罐；第三邻近储罐，不考虑被其他储罐所遮挡住的罐体，如图１中６号罐。
．１．１第一邻近储罐以２号罐为例，其距池火中心７２ｍ。
假设风吹向２号罐，罐体各部分受到的热辐射值如表１所示。
因为罐ＦｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１２，Ｖｏｌ３１，Ｎｏ．１０１１２２３３４３图１储罐区简图周环形平台上可能有其他构建物，故将高度算至２６ｍ。
不同海拔地区庚烷池火羽流特性模拟研究
不 同海拔地区庚烷池火羽流特性模源自研究 倪 明 河北省 秦皇 岛市公安 消防支队，河北 秦皇 岛 ０ ６ ６ ０ ０ ４
捅 姜
运 用Ｆ Ｄ Ｓ 火 灾场模 拟 软 件模 拟 了不 同海拔 地 区开放 空 间 无风 条件下 稳 定燃 烧 的庚 烷 油 池
ｌ ｉ ｍ ｅ 《 ｓ ）
图１秦皇岛和西藏 地区的羽流中心线温度
羽流 中心 线上 的速 度几 乎相 等 。这是 因 为在 此范 围 内 ，西 藏羽 流 中心线 上的温 度 总体 高 于秦 皇 岛地 区羽流 中心 线上 的温 度 ，可 以 推 断在 此 区域 内秦皇 岛地 区羽 流密 度高 于西 藏 地 区羽流 区的 密度 ；而 秦皇 岛地 区的空 气 密 度 大于 西藏 地 区的空 气 密度 ，两地 密度 差近 似 相等 ，因此 两地 驱动 力近似 相等 ，故 羽 流 上 升速 度近 似相 等 。并且 两地 的初 始速 度为 Ｏ ｍ／ ｓ ，可 以 推 断 出在 此 范 围 内两 地 区的 速 度 相等 。在 １ ． Ｏ Ｏ ｍ～３ ． Ｏ Ｏ ｍ范 围内 ，西藏 地 区羽流 中心 线上 的速 度高 于秦 皇岛地 区 羽流 中心线 的速 度 。这 是 因为 西藏 气压 降低导 致 空 气稀薄 ，单 位体 积 内的氧 气含 量变 少 ，为 了维 挣 叵定燃 烧 ，故需 要卷 吸大 量的 空气 ， 因而 卷 吸速 度增大 ，由于 卷吸速 度 与羽流 上 升速 度成 正 比 ，因此羽 流速 度大 于秦 皇 岛地
区的 羽流 速度 。
对秦 皇 岛与西 藏地 区 Ｆ Ｄ Ｓ 模拟 的 羽流 中 心 线 上 的温 度 和速 度 与 Ｈｅ ｓ ｋ ｅ ｓ ｔ ａ ｄ 羽 流 模 型 的预 测 值 （ 在平 均火 焰高 度 以上 ）进 行 比 较 ，可以 发现 Ｆ Ｄ Ｓ 模 拟西 藏地 区羽 流 中心 线 （ 在平 均火 焰 高 度 以 上 ） 的温 度和 速 度 与 Ｈｅ ｓ ｋ ｅ ｓ ｔ ａ ｄ ￣流 模 型在 比较 符 合 ，而 模 拟秦 皇 岛地 区 羽流 中心线 上的 温度 和速 度 比较保 守。
细水雾抑制油池火的实验研究和数值模拟
摘 要 ：基 于 湍 流 大 涡 模 型 ，建 立 了细 水 雾 与 油 池 火相 互 作 用 的 数 值 模 型 ． 研 究 表 明 ，数 值 模 拟 结 果 可 以反 映 出 细 水 雾加 入 前 温 度 缓 慢 上 升 以 及 加 入 细 水 雾 使 温 度 下 降 的 趋 势 ， 平 均 误 差
气 浓 度 等 在 灭 火初 期 起 到 很 强 的 作 用 ．
关 键 词 ：细水 雾 ；灭 火性 能 ；数值 模拟
中 图 分 类 号 ：Ｘ９ ２ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ ６ ３—９ ８ （０ ９ ０ ０ ５ ０ ７ ７ ２ ０ ） ５— ５ ２— ５
ｌｔ ｈ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ ｏ ｔｒｍ ｉｔａ ｄ ｐｏ ｌｆｒ Ｐａ ａ ｔｉ ｔ ｄ ｅ ｒ ｅ ｆ ｒ ｄ ｔ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｔ ｆ ｃｓ ｏ ａｅ ｔ ｅ ｉ ｔｒ ｃ ｉ ｆｗａｅ ｓ ｎ ｏ ｉｅ． ｏ ｒ ｍｅｒｃ ｓｕ ｉｓ ｗｅｅ ｐ ｒｏ ｍｅ ｏ ｄ ｔｒ ｎ ｈｅ ｅｆ ｔ ｆ ｅ ｄ ｏ ｌｔｄ ａ ｅｅ ｎ ｐ ｒ ｔｏ ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｔｒ ｍ ｉｔ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ． Ｅｘ ｅ ｉ ｎａ ｉｎ ｓ ｏ ｈ ｔ ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｒ ｐ ｅ ｉｍ ｔｒ ａ ｄ ｏ ｅ ａｉｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｗａｅ ｓ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｔｏ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｖ ｒ ｇ ｒ ｌｔｖ ｒｏ ｆｔ ｄ ｌ ｉ ％ ． Ｆ ａ ｏ ｌｎ ｅ ａｉｅ ｅｒ ｒｏ ｈｅ ｍｏ ｅ ｓ ８ ｌｍｅ ｃ ｏ ｉ ｇ． ａｔ ｎ ａｉ ｎ ｏ ａ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ ｒ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｘ ｇ ｎ ｔｅ ｕ ｔｏ ｆｒ ｄ ａｉ ｎ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｆ ｍｅ ａ ｄ ｏ ｙ ｅ ｏ ｌ ｃ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｉ ｈ ｒ ｏ ｐ ａ ｔｏ ｇ ｒ ｌ ｎ ｔｅ ｉ ｉｉｌｆｒ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｆ ｅ ｔ ｌ ｙａ ｓｒ ｎ ｏ ｅｉ ｈ ｎ ｔａ ｅ ｓ ｐ ｒ ｓ ｉｎ． Ｈｉｈ ｏ ｅ ａ ｉｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｐ ｔ ｕ ｉ ｉ ｇ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅｈ ｌ ｏ ｐ ｔ ｎ ｏ ｔｔ ｅ ｆｒ ｕ ｈ ｉｅ，ａ ｄ ２ ０ ｍ ｉ ｍｅｅ ｎ ０ ｄ ａ ｔ ｒ— ｄ ｏ ｌｔ ａ ｎ ｕ ｅ ｄ ｍａ ｄ ｄ ｐ ｎ ｔａｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｔｎ ｉｎ ｔｍｅ ｒ ｐ ｅｓ ｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ｅ ｎ ｅ ｅ ｅｒ ｔｎ ｎ ｅｅ ｔｏ ｉ ．
火灾过程羽流质量流量的场模拟计算
火灾过程羽流质量流量的场模拟计算2007年第7期消防技术与产品信息15火灾过程羽流质量流量的场模拟计算施妮,蔡晓红(武汉市消防支队,湖北武汉430020)摘要:采用火灾动力学模拟软件FDS软件,数值求解了受限火羽流与非受限火羽流的三维流场,在此基础上通过对速度和密度的积分,计算了一定高度处的羽流质量流量,讨论了火源位置(中央火,墙边火和墙角火)和火源面积对羽流质量流量的影响,并将计算结果与现有的经验模型进行了对比.关键词:羽流质量流量;场模拟;FDS1引言在火灾安全工程学中,羽流质量流量是一个很重要的物理量,它主要决定了火灾烟气生成量的大小.在防排烟工程设计计算中,火灾烟气生成量是确定排烟机容量,排烟口面积以及排烟管道截面积的重要设计参数….目前,在建筑消化性能化设计中,对火灾烟气生成量的计算主要采用前人根据实验结果所得到的羽流质量流量的经验关联式.其中最为着名的有Zukoski羽流模型,Heskestad羽流模型,McCaffrey羽流模型以及Thomas—Hinkley羽流模型等.由于这些羽流模型有着各自不同的实验基础和适用条件,因此对同一问题各模型计算得出的火灾烟气生成量往往存在着差异,而这些差异必然对工程设计产生不确定性的影响,同时也会给火灾风险的评估造成困难.此外,大多数经验关联式一般仅考虑了两个因素即火源功率和烟层清晰高度对羽流质量流量的影响.而实际建筑物内发生火灾时的火灾场景是千差万别的,其它因素如火源的位置和面积,室内外环境状况等是否也会对烟气生成量的大小产生影响,需要进一步进行研究.本文采用场模拟方法,通过设置不同的火灾场景,数值求解了不同火源位置和火源面积下受限火羽流和非受限火羽流的卷吸流场,在此基础上,通过进一步后处理计算获得了羽流质量流量,并与现有的经验模型进行了比较和分析.2羽流质量流量的场模拟计算方法羽流质量流量由可燃物的质量损失速率,燃烧所需的空气量及上升过程中卷吸的空气量三部分组成. 一般情况下,卷吸进羽流的空气量远远超过燃烧产物量,因此,烟气主要由空气组成.烟气的质量生成率可以估算为整个烟羽流在烟层以下的空气卷吸量.根据羽流质量流量的定义,火源上方某一高度处羽流质量流量的计算式可表达为:m\\s>0式中:m——为羽流质量流量,kg/s;p——羽流密度,kg/m~;口——羽流上升速度,m/s;——积分微元的面积,IIl2.其数值离散格式为:m=∑lD△s(i,.『对应于网格节点编号)(2)'O通过FDS对设定火灾场景的数值模拟,可以获得计算域中任一高度处羽流密度和上升速度的分布.提取每一网格节点上密度和速度的离散数据,并按(2)式通过编程计算二者在所取横截面上的积分,就能得到该高度处的羽流质量流量.为考察火源位置和火源面积对受限火羽流和非受限火羽流的羽流质量流量的影响,共设置了8个火灾场景.如图1所示.计算域尺寸为4in×4in×5in.火源采用正方形柴油油盘,热释放速率恒定100kW.火源位置,见图1所示.壁面材料均为水泥.柴油的燃烧特性参数和水泥的热物性参数均参见FDS的材料数据库.室内外初始温度为20~C.室外风速为零.采用均匀网格,XYZ三个方向的网格尺寸均为0.05In,约0.13D.其中D为特征火源直径,主要与火源热释放速率有关.三/n,5D=l—_I(3),*cp』*^,g/式中:p——火源的热释放速率,kW;|D——环境空气密度,kg/ms;c——空气比热,l【J/(kg?K);l6施妮等:火灾过程羽流质量流量的场模拟计算2007年第7期(a)室内中央火,面积为0.36ms(b)室内中央火,面积为1Ill(c)室内墙边火,面积为1ms(d)室内墙角火,面积为1m(e)露天中央火,面积为0.36ms(f)露天中央火,面积为1ms(g)露天墙边火,面积为1ms(h)露天墙角火,面积为1m2(g),(h)中面朝纸外的一面均为水泥墙壁图1火灾场景设置环境空气温度,K;——重力加速度,m/s.3计算结果与讨论3.1羽流质量流量随时间的变化由于FDS采用的是大涡模拟技术(LES),计算所得速度场,温度场和密度场等都是随时间不断紊动的, 这样必然导致积分计算后所得的羽流质量流量也是随时间变化的.为考察羽流质量流量随时间的变化,对于火灾场景图1e,在设定的火灾发展时段内,每隔10s 计算一次羽流质量流量,将不同时刻的计算结果绘制于图2中.从图2可以看到,在火羽流上方同一高度处,由LES模拟结果计算所得的羽流质量流量是随着时间不断波动变化的.若从时间平均的角度来看,火灾初期羽流质量流量会逐渐增加,经过一小段时间后,火灾充分发展,羽流质量流量将趋于一稳定值.根据Heskestad羽流模型计算得该火灾场景下z=3.0nl高度处羽流质量流量为2.640kg/s.可见在火羽流充分发展后二者还是较为接近的.本研究中,火灾烟气生成量将取羽流质量流量趋于稳定后的时均值.为保证人员安全疏散,假设要求烟层界面高度在规定的安全疏散时间内不低于某一临界高度,则排烟3.23.O2.82.62.42.21.81.61.4050100l50200250300t/s图2火灾场景图1e禹地面3.0In处羽流质量流量随时间的变化量(或烟气生成量)应按照烟层界面下降到该临界温度处时该高度处的羽流质量流量来计算.图3给出了室内火灾场景图1b在烟气层下降至距地面2m左右时羽流质量流量.根据FDS场模拟计算所得的能见度或CO浓度分布判定烟气层界面的位置,当烟气层下降至距地面2m高时,所对应的火灾发展时间约为20s.由图3可见,在烟层界面下降到2m高之前的小段时间内,火灾充分发展,该高度处的羽流质量流量已基本达到充分发展时的数值;在烟层界面下降到2m高以2007年第7期消防技术与产品信息l71?31.21?1喜."...8.?70.6/,/z:烟尘界面距地面的高度图3火灾场景图lbZ=2.0II1处羽流质■流■随时问的变化下,按(2)式计算所得的羽流质量流量从时间平均的角度来看仍然维持不变.图4给出了火灾场景图1b在不同高度处羽流质量流量的FDS计算值与Zukoski,Heskestad以及McCaffrey等经验关联式的预测值.可见,FDS场模拟计算结果与常用的经验关联式的预测结果还是较为接近的.在较低位置,FDS计算值与McCaffrey模型较为接近;在较高位置,FDS计算值与Zukoski模型较为接近.3.2火源面积对羽流质量流量的影响在众多羽流模型中,仅Heskestad羽流模型反映了火源面积对羽流质量流量的影响.图5给出了不同火源面积下图1内e,f,a,b的羽流质量流量的计算结果, 并与Heskestad羽流模型的计算结果进行了比较.结果表明:在火源功率恒定的条件下,火源面积增加,根图4火灾场景图1b_-兀)s计算结果与经验关联式计算结果的比较3_53-.2.5堇..,,.51..0.52.02.53.0z,m图5不同火源面积下的羽流质■流■之比较据Heskestad羽流模型则羽流质量流量也会有明显的增加.然而根据FDS的计算结果,两种情况下,羽流质量流量随着火源面积的增加也会有所增加,但增加不多.一般认为,火源面积增大,火羽流与周围冷空气的接触面也增大,因此卷吸的空气量也会增加.但在火源功率恒定的条件下,火源面积增大,单位面积上的释热速率会减小,由此会导致单位面积羽流上升的动量减小,火羽流边缘的卷吸速度也会有所减小.在两方面因素共同影响下,使得在火源面积增大的情况下,火羽流卷吸的空气量增加不多.3.3火源位置对羽流质量流量的影响当火源处在起火空间不同位置时,受到火源周围建筑结构的影响,羽流的质量流量将发生变化.一般根据"镜像"原理可从轴对称羽流质量流量公式推广计算得到墙边与墙角羽流的质量流量.假设轴对称羽流质量流量可表示为mp=f(Q,),根据"镜像"模型,墙边火羽流的质量流量可表示为:m.=1/2f(2Q,);墙角火羽流的质量流量可表示为:m.=1/4/(4Q,).将FDS在不同火源位置下对羽流质量流量的计算结果与Heskestad羽流公式代入"镜像"模型后的计算结果进行了对比,结果绘制于图6中.可以看到,根据"镜像"原理,在火源功率恒定的条件下,火源位于起火空间不同位置时,羽流质量流量是有显着差别的,同一高度处中央火的羽流质量流量大于墙边火的羽流质量流量大于墙角火的羽流质量流量.由图6a可见,在露天火情况下,不同火源位置时羽流质量流量的大小呈现出与理论分析一致的规律,但对墙边火与墙角火的计算结果均比Heskestad羽流模型的预测结果偏大.由图6b可见,对于室内火情形,18施妮等:火灾过程羽流质量流量的场模拟计算2007年第7期3.53.02.5.口'.1.00.50.02.02.53.03.5z,m蔓8露天火b室内火图6不同火源位置下的羽流质量流量之比较火源位置的不同对羽流质量流量的影响并不显着.特别是墙边火与墙角火,二者的计算结果基本相当.1991年Williamsoneta1._8的通过墙角火实验指出:火源边缘必需完全贴靠在墙壁上时"镜像"模型才近似成立,当火盘离开墙角很小的距离时,火焰并不会贴墙而上,基本上仍表现出轴对称火羽流的特征.但是,如何从机理上解释这种现象,还需要对火羽流的动力学特征作深入的研究.对于受限火羽流,火源距离墙体多远其卷吸流场才不会受到影响,这些问题还有待进一步探讨.此外还需要指出的是,FDS大涡模拟(LES)给出的数值结果是有紊动分量的,在进行时间平均时可能会引入计算误差,也可能造成计算结果与经验模型预测结果之间的差异.4结论本文采用场模拟的方法,以FDS为工具计算了火灾过程中受限火羽流与非受限火羽流的质量流量,所得结论如下:(1)火灾初期羽流质量流量会逐渐增加,经过一小段时间后,火灾充分发展,羽流质量流量将趋于一稳定值.(2)在火源功率恒定的条件下,羽流质量流量随着火源面积的增加也会有所增加,但与Heskestad模型预测结果相比,增加得不多.(3)在露天火情况下,火源位置对羽流质量流量的影响呈现出与经验模型预测结果一致的规律,即中央火>墙边火>墙角火;但对于室内火情形,火源位置的不同对羽流质量流量的影响并不显着.利用计算机采用场模拟方法研究火羽流的卷吸流场与传统的实验研究手段相比具有很多优势,然而由于火灾动力学过程的复杂性,火灾过程中所涉及到的紊流燃烧反应等理论模型还有待进一步发展和完善.火灾模型中某些关键参数的选取还需要通过多方面的实验进行确证.此外,大部分羽流模型是基于早期实验的研究成果,由于当时的实验条件和测试仪器水平有限,这些羽流模型是否仍然适用需要采用目前最新的实验手段们和火灾科学理论重新进行评价.附羽流质量流量经验公式:Zukoski羽流公式:m-o.2-(鲁)Q{{Heskestad羽流公式:在火焰上方(>..):m=0.071Q一.)+0.00192Q在火焰下方(<..):m=0.0056Q其中:0=一1.02d+0.083Q,L=一1.02d+0.235QMcCaffrey羽流公式:连续火焰区(0'00≤旁<0.08):mp-o.川?蛳2007年第7期消防技术与产品信息19自动喷水灭火系统减压装置选用设计改进肖睿书,陈如融,潘玉纲,陈顺霞(广西建筑综合设计研究院,广西南宁530011)摘要:国家标准图{01SS105常用小型仪表及特种阀门选用安装》有关减压阀的自动喷水灭火供水图式执行以来,引起建筑消防给水界的重视.通过某高层住宅设计,浅析了减压装置在高层建筑自动喷水灭火系统中的部位和品种选用设计技术.关键词:自动喷水灭火系统;减压装置;选用设计1前言国家标准图{01SS105常用小型仪表及特种阀门选用安装》"(以下简称《国图0l》)发行以来,深受建筑消防给水界的欢迎.但《国图01)48页减压阀自喷灭火供水示意图提出下行上给的低位设置图式(以下简称"低置式")如图1,是否合理值得商榷.其一是高层住宅受到主管井,电梯间和层高等空间窄小的限制,按GB50084.2001(2005年版)《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称《喷规》)8.0.1"配水管道的工作压力不应小于1.20MPa"设计,为满足报警阀工作压力≤1.20MPa的要求,一些高区报警阀尚需设置在高出地下室若干楼层的主管井上,受GB 50261.20O5((自动喷水灭火系统施工及验收规范》(以下简称《喷验规》)5.3.1和{O4S206自动喷水与水喷雾灭火设施安装》H(以下简称《国图04》)10—1l页内容共同约束,仅设单个报警阀的管井平面净空尺寸≥2225x1679mm,加上自喷主立管和排水立管的位置,阀井隔墙中至中面积至少达到2.6x2.0=5.2(rI12)以上,如此庞大的管井为建筑设计造成很大浪费.其二是常用DN150低置式减压阀按《国图01)48,66页和《国图O4}1011页图样自下而上连接报警阀时,报警阀中心离地面高度由1200mm上升至1926+375= 2301(rain)以上,执行《喷规》6.2.6和《喷验规》5.3.1规间断火焰区(...8≤旁<..2.):mp=0.026~烟羽流区(..2.≤旁):一o.-?参考文献:[1]张学魁,胡冬冬,李思成,等.火灾烟气生成量的实验测量及其工程计算方法.消防技术与产品信息,2006,10: 21.26.[2]程远平,陈亮,张孟君.火灾过程中羽流模型及其评价.火灾科学,2002,11(3):132.136.[3]GunnarHeskestad.Engineeringrelationsforfireplumes.Fire safetyjournal,1984,7:25—32.[4]ChowWK,YinR,V erificationofPlumeExpressionswithFire FieldModels:PartI.JournalofAppliedFireScience,2000—2001,10(1):45.58.[5]ChowWK,YinR.V erificationofHumeExpressionswithFire FieldModels:PartIIMassFluxFormulae.JournalofApplied FireScience,2000～2001,10(1):59—65.[6]KevinMcGrattan,GlennFomey.FireDynamicsSimulator(V ersion4)User'SGuide.NISTSpecialPublication1019,March20o6.[7]bustionfundamentalsoffire.London1Academic 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风况对露天油池燃烧特性的数值模拟
风况对露天油池燃烧特性的数值模拟崔岳峰;林兴华;李德顺;李宏涛;张敏革【摘要】采用Fluent软件对不同风况下煤油池的燃烧特性进行数值模拟研究,通过选择非预混燃烧模型、P1辐射模型和k-ε湍流模型,分别对无风、常风和变风三种情况下油池燃烧过程中的温度、热辐射量和火焰倾角等参数的变化进行对比分析.结果发现,在无风情况下,热辐射量随径向距离的变化曲线近似呈现高斯分布;风力的大小对燃烧的温度场影响很大,但变化频率对其影响不明显;风况的改变主要是对火焰温度、热辐射量等传播特性产生影响,对燃烧反应的反应程度影响不大.研究为以后油池燃烧事故的预防及处理措施提供了参考依据.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2015(034)003【总页数】6页(P61-66)【关键词】数值模拟;油池火;燃烧特性;PDF数学模型;P1辐射模型【作者】崔岳峰;林兴华;李德顺;李宏涛;张敏革【作者单位】沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TQ027油池燃烧是石油化工行业中常见的一种火灾，主要是可燃液体因泄露等原因在地面或水面上形成液池后引发的火灾。
油池的燃烧过程一般可以分为增长阶段、稳定燃烧阶段和熄灭阶段[1],并在燃烧过程中产生强烈的沸腾现象，燃烧速率、火焰高度等时刻发生改变[2]，因此研究油池的燃烧流场特征及其影响因素具有重要的实际意义。
火焰高度、位置、形状和燃烧速率是油池燃烧过程中的基本特性参数，而燃烧过程中产生的热辐射量则会影响燃烧过程的发展。
通常油池失火发生在露天环境当中，风力情况对其燃烧过程影响显著，许多学者对此做了大量实验研究，如V.Babrauska[3]和Apte [4]等人以航空煤油为研究对象，分别对煤油池在无风和有风的情况下的燃烧过程进行了研究，探讨了燃烧速率预测模型的适用性和火羽流的特征描述；Babrauskas[5] 分析研究了环境温度和风速对燃烧速率的影响，发现有风时,燃烧速率将随风速的增大而减小；Janssens[6]和易亮[7]等分别以庚烷和甲醇油油池的燃烧特性和影响因素进行了研究。
【doc】细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟
细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟辫计细水雾灭空间不同位置油池火的数值模拟周华,范垣霄,邓东(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:细水雾灭火以其高效,环保的特点,已成为最具潜力的哈龙灭火系统替代技术之一.本文采用计算流体力学(CFD)的方法,使用火灾场模拟软件FDS4.O5模拟研究细水雾灭火系统对空间4个位置油池火的灭火效果.研究结果表明,细水雾对喷头正下方的火源灭火效果最好,且灭火效果随火源距离喷头横向距离的增加而减弱.关键词:细水雾;计算流体力学;数值模拟中图分类号:TU89,X932文献标识码:A文章编号:1009—0029(2006)01—0052—031引言细水雾灭火系统以其价格低廉,环境友好,良好的电绝缘性和能有效降低烟气毒害等优点,近年来在哈龙替代技术中越来越受到国际消防界的青睐.因此越来越多的国内外研究机构进行了细水雾灭火方面的研究l_1,韩国的Chung—Ang大学,日本的AoyamaGakuin大学以及美国的海军研究实验室等科研机构还进行了这方面的数值模拟研究l_1].目前,对火灾的数值模拟方法可分为场模拟和区域模拟.(1)场模拟是利用计算机求解火灾过程中状态参数(如速度,温度,各组分浓度等)的空间分布及其随时间变化的模拟方式.(2)区域模拟是以受限空间中的火灾为研究对象的一种半物理模拟.区域模拟有可能以较小的计算代价来揭示火灾系统的复杂性特征,但却无法得到流场的某些细节,同时对诸如气体卷吸,烟流回流(滚退)等现象予以考虑相当困难.火灾场模拟作为计算流体力学(CFD)在建筑中烟气及热气传导的数值模拟,得到了广泛的应用.目前对于火焰引起的湍流比较可靠的数值模拟方法是使用大涡仿真【4(1argeeddysimulation(LES)).它可以得到真实的瞬态流场且精确度相当高,而计算工作量比直接数值模拟却小得多,是现有条件下模拟高雷诺数的紊流流动的最佳方法.2火灾模型设定火灾模型如图1所示.图中是一间4m×3m×3m(长×宽×高)独立房间,其右侧有一关闭的门,门的上方有一个1.0m×0.1m的开口,模拟正常条件下房间的不完全密闭,在地板中央有一边长为0.6m×0.6m,高0.2m,功率为360kW的油池火源,在火源上方0.3m,0.5m,1.0m,1.5m,2.0m,处分别放置热电偶,正上方2.8m处有一细水雾喷头.图1火灾模型使用基于LES的CFD分析软件FireDynamics Simulator(FDS)的最新版本FDS4.05对细水雾灭火进行数值模拟.此次计算设定细水雾喷头参数为:操作压力为10MPa,响应时间指标(RTI)为50(m?S),完全雾化距离(oFFSET—DISTANCE)为0.20m,喷雾形状为6O.的实心锥形,流量系数(K—FACToR)为0.6,雾滴直径为100p.m及雾滴初速度为50m/s,喷雾强度为1.5L/(min?m).此次数值模拟的系统网格划分为40×30×30,模拟燃烧时间210S,时间步长由FDS软件自动控制,以保证计算结果收敛.在计算机上,单个案例的运算大约需要2.0h的CPU时间.3火源与喷头横向距离对灭火效果的影响为对比细水雾喷头与火源横向距离的不同对灭火效果的影响,首先对火源位于中间位置不施加细水雾的案例进行数值模拟,然后对横向距离分别为0mm,500mm,1000mm和1500mm的4个案例进行计算,火源具体位置,如图2所示.此时设置细水雾喷头的启动条件为其所在位置的温度达到74'C(FDS软件的默认值),即在此次计算中基金项目:国家自然科学基金资助项目(50005019);国家"十五"科技攻关计划项目(2002BA208B04)52FireScienceandTechnology,January2006,V ol25,No.1///1_喷头图2火源在房间内的不同位置燃烧分别开始4.3S,24.5S,25.5S,28.0S后向房间施放细水雾(此次数值模拟设定热释放速率在燃烧的瞬间即达到设定值360kW,没有模拟真实的燃烧情况,所以开始施放细水雾的时间和实际情况不同).不同横向距离下喷雾开始30S后的火焰中心温度剖面图如图3所示.由图3中可以看出增加了细水雾的案例比没有增加细水雾的案例的温度都要低,且喷头与火源距离的大小对温度有明显的影响.因为在图3中看到的是火源中心的剖面图,喷头与火源存在横向距离,受细水雾横向力的作用,火焰将偏离中心面,因此,在图3(C)中看见温度比没有横向距离的时候要低,而在横向距离大等于1000mm时,细水雾对火焰的横向作用减小,可以真实的反映实际情况,表明细水雾能有效的控制火源,并降低着火空间内的温度,但是在横向距离越大时灭火效果越差,这与实际灭火试验的结果是一致的.(a)没有细水雾(b)横向距离0mm(d)横向距离1000mm(c)横向距离500mm(e)横向距离1500mm图3不同横向距离下喷雾30S后的温度剖面图为了分析,使用数值模拟中虚拟设置的热电偶采向距离为0mm的案例,开始喷雾后,因为火源短时间集到的温度进行比较.由于数值模拟直接得到的温度不会熄灭,并在细水雾的笼罩下燃烧,因此会有温度突值波动较大,为便于对比,在本次计算中使用3O点数然上升的一个过程.对于横向距离为500mm的案例学平均对这些数值所构成的曲线进行光滑处理,处理2,开始喷雾后,在开始时因为细水雾横向力的作用,火前后的曲线见图4.图中较细的线段是不施加细水雾时焰偏离中心面,温度有一个明显的下降过程,而后火焰油盘上方o.3ITI处热电偶采集数据生成的原始曲线.回到中心位置,温度又会有一个反弹.对于横向距离分较粗且带三角形标记的线段为光滑处理后的曲线.别为1ooomm,1500mm的案例3和案例4,因为细水对油池火源正上方0.3ITI处热电偶采集的温度曲雾的横向力不足以使火焰完全偏离中心面,喷雾初期线处理后进行比较,如图5所示.同时提取时间为40S,温度变化不大.纵观整个过程,施放细水雾的案例在喷80S,120S,160S,180S和210S时分别对应案例的温雾一定时间之后,温度都有很明显的下降,这是细水雾度值于表1.从图5可以看到,在各个案例开始喷雾之蒸发带走大量热,并隔绝氧气进入参与燃烧的结果.前,横向距离越大,温度越高,这是由于火源的位置不另外,从图5和表1可以看出当横向距离小于500同,当横向距离越大时,火源离墙壁的距离越小,受墙mm时,其灭火能力差别不是很大,在时间为40S,80壁反射的辐射热的影响,因而温度越高.对于案例1横S,120S,160S和210S时两者的温度差分别为130C,消防科学与技术2006年1月第25卷第1期53500400p300\200100图4曲线光滑处理前后对比图开始喷雾一无细水雾一\?一j{一一一●_t/s图5不同横向距离时火源上方0.3m温度曲线图表1不同横向距离下40s,80s,120s,160s,180s和210s时的温度案例横向距离40s时80s时120s时160s时210s时序号iC/C/C/C/C1O3534066354382500223251756O4331000334275167731O241500437314359979OO0(无细水雾)319408393393174155C,8C,6C和5C,并且从图5可以看到横向距离为0ITIITI和500ITIITI时温度曲线分别在t=111S和t=116S附近突降至100C以下,而后无温度反弹,处于缓慢降低趋势,证明此时油池火已经被扑灭,可见两者在此次数值模拟中的灭火时间也是基本相同的,而横向距离大等于1000mill的案例,在整个数值模拟过程中,虽然也在t一75S后温度有明显的下降过程,但是后期温度却在100C上下起伏,说明当横向距离大等于1000Inm时,细水雾虽然也有明显的降温作用,但不能完全的使火焰熄灭.4结论与展望(1)在此次数值模拟设定的空间中,雾滴直径为100bLm的细水雾能有效扑灭横向距离≤500ITIITI的油池火,并在横向距离≥1000mm时,也具有良好的降温和控制火势发展的能力,但并不能完全的使火熄灭.(2)细水雾对喷头正下方的火源具有良好的灭火54效果,横向距离越大灭火效果越差,还要考虑细水雾横向力的作用,可能造成火源附近易燃物品的二次燃烧.(3)需要对数值模拟和实验数据进行对比,以验证数值模拟的可信度,改进细水雾灭火的数学模型,在数值模拟时间和网格划分方面,修改和完善数值模拟方法.参考文献[1]范明豪,周华,杨华勇.高压细水雾灭火喷嘴的雾化特性研究EJ].机械工程,2002,(9):17—21.E2]周华,邓东,周善淮,等.高压单相流细水雾灭火系统研制及实验研究[J].消防科学与技术,2004,23(4):35I一353.[3]SungChanKim,HongSunRyou.Anexperimentaland numericalstudyonfiresuppressionusingawatermistinan enclosure[J].BuildingandEnvironment,2003,(38):1309—1316.r4]HiroshiShimizu,ManaiTsuzuki,Y asuoY amazaki,AKoichi Hayashi.Experimentsandnumericalsimulationonmethane flamequenchingbywatermist[J].JournalofLossPreventionin theProcessIndustries,2OO1,(14):603—608.E5]KuldeepPrasad,GopalPatnaik,KKailasanath.Anumerical studyofwater—mistsuppressionoflargescalecompartmentfires [J].FireSafetyJournal,2002,(37):569—589.[6]rgeeddysimulation[D].Simulationand ModelingofTurbulentFlows,NewY ork:OxfordUniversity Press,]996.ThenumericalsimulationofextinguishpoolfirebywatermistZHOUHua.FANYuan—xiao.DENGDong (TheStateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmission andControlofZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China) Abstract:WatermisthasbecomeoneofthemostpotentialreplacementsofHalonwithhighefficiencyandfriendly environmentcompatibility.ThefirefieldmodelFireDynamics SimulatorFDS4.05availableintheliteraturewillbeappliedto studytheextinguishpoolfirebywatermistwith4kinds landscapeorientationdistanceofthenozzletofire.Theresult istheefficiencyofextinguishfirebywatermististhebest whenthefireunderthenozzle.Andtheefficiencyislower whenthelandscapeorientationdistanceislonger. Keywords:watermist;CFD;numericalsimulation作者简介:周华(1968一),男,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室教授,主要从事纯水液压技术和细水雾灭火与消防装备技术的研究与应用,浙江省杭州市西湖区浙大路38号,310027.收稿日期:2005—08—27 FireScienceandTechnology,January2006,V ol25,No.1。
不同参数的细水雾熄灭油池火的数值模拟
不同参数的细水雾熄灭油池火的数值模拟摘要：以细水雾熄灭柴油发电机房柴油火为例建立FDS模型，分析了在通风控制类的火灾中不同参数特性的细水雾熄灭油池火的效果，模拟数据表明，对于特定环境下的火灾，细水雾的灭火效果取决于细水雾的特性参数，并且存在能够高效灭火的最佳参数。
关键词：细水雾、数值模拟、FDS、油池火1 引言细水雾灭火技术因其高效的灭火效能、低廉的价格和环境友好性等优点受到越来越广泛的关注和应用，然而现在市场上的细水雾喷头种类繁多，而且现行规范也只是笼统的规定了应用场所的喷雾强度和流量特性系数等一些参数，缺乏严密的科学性[1][2]。
本文应用数值模拟的方法，以细水雾扑灭柴油发电机房柴油火为例，为细水雾灭火系统在特定应用场所的设计参数的确定提出了一种实用的方法。
目前对火灾的数值模拟主要分为区域模拟和场模拟。
笔者采用的是美国国家标准技术局（NIST）开发的火灾动力学软件FDS，对受限空间细水雾扑灭油池火进行了模拟，分析了不同参数细水雾的灭火效果。
2模型建立模型采用FDS5.0，如图1所示。
计算区域为3m×3m×3m的立方体小室，网格尺寸为30×30×30，顶部角落设置一个0.4m×0.4m的开口，底部中心设置0.6m×0.6m×0.2m的油池火源，柴油用钢制容器盛放，在火源正上方高度0.2m，0.5m，1.0m，1.5m，2.0m和2.5m处分别设置热电偶，同时在火源左侧设置三个氧气与一氧化碳浓度的测点，火源正上方2.8m即顶棚下0.2m处设置细水雾喷头。
3无细水雾作用下的火灾分析为了比较有无细水雾时火灾发展的区别，首先模拟无细水雾作用下的燃烧，显然模型中的火灾属于通风控制的燃烧类型。
从图2中可以看出，随着燃烧的进行，室内温度在初始阶段快速上升，继而在火灾发展阶段温度相对缓慢上升，最后熄灭，温度回降。
从图3中分析上述过程可知整个过程中起主导作用的是氧气含量，当氧气量达到临界氧浓度约12%时，火灾自动熄灭。
隧道火灾中火羽流特性的数值模拟
消防理论研究 隧道火灾中火羽流特性的数值模拟李 博1,姜 蓬2(1.镇江市消防支队,江苏扬中212200;2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥230026) 摘 要:利用Fluent软件对隧道火灾中火羽流特性进行了模拟分析,研究了隧道坡度对火羽流的影响,与前人所进行的数值模拟进行了比较,为隧道火灾的研究提供了一种有效的研究手段,为进一步研究隧道火灾临界通风速度奠定了基础。
关键词:隧道火灾;火羽流;数值模拟;F luent软件中图分类号:X913,T K121,U459 文献标识码:A文章编号:1009-0029(2007)06-0599-04随着世界经济的发展,人们对交通、运输的要求越来越高。
地铁、公路、火车穿山隧道甚至海底隧道不断出现,以缓解日益增长的交通压力。
而地铁运营安全是非常突出的问题,隧道内空间相对封闭,疏散条件差,一旦发生火灾,产生的热烟气较难控制和排除,且火灾不易扑救,容易造成较大的人员伤亡事故。
因此,对隧道火灾进行研究越来越受到人们的重视。
如果一个隧道的底部某处发生火灾,将在火源上方形成热羽流,热羽流上升且不断卷吸周围的冷空气。
当热羽流上升至顶篷时,将会形成两股气流分别以相反的方向沿着隧道顶棚传播。
如果火源两侧的建筑结构和障碍物是对称分布,理论上上升的热羽流和两股气流也应该是对称分布的。
L.H.Hu等人研究了火灾烟气对隧道顶棚温度的作用,Anders Lo¨nnerm ark也研究了类似的问题,O.V auquelin对截面为正方形的隧道可能发生回流的影响因素进行了研究。
L.H.Hu同样对走廊的烟气蔓延以及速度分布进行了全尺度试验研究,S.Bari and J.Naser与C.J Kir kland也进行了相关方面的研究。
Jurij M odic对隧道火灾进行了数值模拟。
但是,如果隧道存在一定的倾斜度,那么这种对称分布将被破坏。
Rafael Ballesteros-Tajadura等人研究了隧道坡度对火灾时隧道通风的影响。
开放和受限空间油池火羽流特性的数值模拟
开放和受限空间油池火羽流特性的数值模拟
饶璐;李士平
【期刊名称】《产业与科技论坛》
【年(卷),期】2013(012)019
【摘要】利用FDS软件模拟了开放空间和受限空间下稳定燃烧的庚烷油池火的羽流特性,研究空间着火后的烟气流动、温度场、质量损失速率和热释放速率的分布情况.通过smokeview形象地显示了火灾的动态发展.本文能够预测不同空间下的火灾发展,并对火势的控制有一定的指导意义.
【总页数】2页(P60-61)
【作者】饶璐;李士平
【作者单位】阜阳市勘测院;阜阳市勘测院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.受限空间油池火燃烧特性的实验研究 [J], 冯瑞;霍然;于海春
2.受限空间细水雾熄灭油池火的数值模拟 [J], 连振兴;曹雄;李峰
3.不同通风方式下地下环形受限空间火羽流卷吸特性研究 [J], 朱杰;马金梅;彭莉
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5.不同燃料液面深度的变压器套管油池火燃烧特性数值模拟 [J], 杨娴;从伟;汪书苹;周勇;伦志宜;过羿
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自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟
自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟
魏彤彤;毕明树
【期刊名称】《中国安全科学学报》
【年(卷),期】2009(19)1
【摘要】采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的
不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响。
模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇
火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区
则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的
灭火效果较低。
【总页数】6页(P58-63)
【关键词】细水雾;油池火;大涡模拟(LES);混合分数;自然通风
【作者】魏彤彤;毕明树
【作者单位】中国人民武装警察部队学院消防工程系;大连理工大学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】X932
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2021年油藏数值模拟方法
第一章油藏数值模拟方法分析欧阳光明（2021.03.07）1.1油藏数值模拟1.1.1油藏数值模拟简述油藏数值模拟是根据油气藏地质及开发实际情况，通过建立描述油气藏中流体渗流规律的数学模型，并利用计算机求得数值解来研究其运动变化规律。
其实质就是利用数学、地质、物理、计算机等理论方法技术对实际油藏的复制。
其基础理论是基于达西渗流定律。
油藏数值模拟就是利用建立起的数学模型来展现真实油藏动态，同时采用流体力学来模拟实际的油田开采的一个过程。
基本原理是把生产或注人动态作为确定值，通过调整模型的不确定因素使计算的确定值(生产动态)与实际吻合。
其数学模型，是通过一组方程组，在一定假设条件下，描述油藏真实的物理过程。
充分考虑了油藏构造形态、断层位置、油砂体分布、油藏孔隙度、渗透率、饱和度和流体PVT性质的变化等因素。
这组流动方程组由运动方程、状态方程和连续方程所组成。
油藏数值模拟是以应用数学模型为基础的用来再现油田实际生产动态的过程。
具体是综合运用地震，地质、油藏工程、测井等方法，通过渗流力学，借助大型计算机为介质条件建立三维底层模型参数场中，对数学方程求解重现油田生产历史，解决实际问题。
油藏数值模拟技术从50 年代的提出到90 年代间历经40 年的发展，日益成熟。
现在进入另外一个发展周期。
近十年油藏数值模拟为油田开发研究和解决实际决策问题提供强有力的支持。
在油田开发好坏的衡量、投资预测及油田开发方案的优选、评价采收指标等应用非常广泛。
油藏数值模拟功能包括两大部分：①复杂渗流力学研究，②实际油气藏开发过程整体模拟研究，且可重复、周期短、费用低。
图1 油藏数值模拟流程图1.1.2油藏数值模拟的类型油藏数值模拟类型的划分方法有多种，划分时最常用的标准是油藏类型、需要模拟的油藏流体类型和目标油藏中发生的开采过程，也可以根据油气藏特性及开发时需要处理的各种各样的复杂问题而设定，油气藏特性和油气性质不同，选择的模型也不同，还可以根据油藏数值模拟模型所使用的坐标系、空间维数和相态数来划分。
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油池火羽流特性的数值模拟
摘要：本文利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。
并采用Heskestad提出的计算方法，对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速度等进行了计算。
并与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度，并将数值模拟结果和理论预测值进行比较。
从中可以发现，模拟的结果在趋势上和理论计算是相一致的，但是也呈现了一定的差别。
关键词：油池火灾羽流中心线温度数值模拟
0 引言
火羽流是火灾的初始基本形态,在竖直方向上,火羽流可分为3个较为明显的区域,即连续火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。
羽流中心线温度和羽流中心线速度是火羽流的重要特征参数,因而一直是人们关注和研究的热点。
目前，许多学者对此做了大量的实验研究[1-8]，其中McCaffrey[2]通过实验将羽流中心线上的平均温度随高度的变化和平均速度随高度的变化分为了三个区域，即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流去。
并且随着随着经济的发展，现有的消防规范无法适应现代的各种特殊建筑，性能化建筑防火分析与设计应运而生，（Fire Dynamics Simulator）作为建筑火灾发展过程计算模拟的主要工具，也得到了越来越广泛的应用。
本文通过采用模拟油池火，并将模拟的结果和McCaffrey模型进行对比分析，主要分析了火焰中心线上的平均温度和平均速度。
2 理论基础
2.1 虚点源
Heskestad的理论模型中认为虚点源的表达式为
式中，D为火源直径或当量直径，m;Q为火源的热释放速率，KW。
2.2 自由扩散火焰的平均火焰高度
间歇性函数I(z)的值随着高度的增大而由恒定值I逐渐减少，最终为零。
平均火焰高度指的是间歇性函数I(z)的值降为0.5时所对应的可燃物表面以上的火焰高度。
Heskestad等分析了多种来源的实验数据，给出了如下描述无量纲火焰高度表达式为：
对于标准状态下的火焰高度表达式为
(3)
式中L、D的单位为m；的单位为KW。
上式的适用范围为7<700K。
2.3 自由扩散羽流中心线上平均温度
许多学者对火焰上方的浮力羽流进行了实验研究，发现中心线上的平均温度和平均速度遵循下列关系。
不同热释放速率下火焰中心线上的温度和垂直速度的实验值与理论值对比图如图1和图2所示。
3 FDS模拟计算
3.1 数值模拟
随着计算机技术的快速发展，数值模拟技术也随之不断的发展。
由于隧道火灾的实验研究过程受限，要进行全尺寸实验或缩小尺寸的模型实验都需要消耗大量的人力和物力，进而使得数值模拟技术在隧道火灾方面的应用也越来越广，为隧道火灾的研究提供了一种有效的方法。
目前主要的火灾发展模型有区域模拟、网络模拟和场模拟。
本文中采用5.0来实现对隧道火灾的模拟。
其中5.0为美国国家标准研究所（NIST：National Institute of Standards and Technology）建筑火灾研究实验室（Building and Fire Research Laboratory）开发的模拟火灾中流体运动的计算流体动力学软件。
该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动的NS方程，重点计算火灾中的烟气和热传递过程。
3.2 计算模型
如图3所示，本文中采用的火源为0.4×0.4m的正方形火源，单位面积火源单位面积火源功率分布取57.5KW。
计算区域为1.8×1.8×3.0m，火源位于计算区域底部中心，尺寸为0.4×0.4×0.1m，网格大小为0.02m。
计算时间为90s，结果取10~90s的平均值。
顶部与四周均为开口，环境风速为0。
即虚点源位于可燃物表面下方0.2574m的位置。
火焰高度采用计算公式
结合FDS的温度分布图如图可以看出，计算出来的火焰高度和模拟的火焰高度几乎一致。
4.2 羽流中心线温度分布
按照火羽流中心线上平均温度与环境温度之差随高度的变化的计算公式为：
其中Z为0到3m，为对流热流量，假设=0.7Q=6.44KW，=-0.2574m,T 单位为℃。
采用matlab编程可以得到火羽流中心线上的平均温度分布图，如图6所示。
其中图4、5为FDS模拟的羽流中心线上的平均温度分布图。
通过理论计算和数值分析可以看出在火焰的上方随着高度的增高，羽流中心线上的温度有所降低。
由FDS模拟的情况和理论模型计算的情况大致相同。
只是通过理论计算的最大温度大于FDS模拟的温度，通过FDS模拟的最大温度为597.920C，而理论模型计算的最大温度为8100C.这可能是由于模拟中还存在一些影响因素在模拟的过程中还没有加以考虑。
7火羽流中心线上平均温度随高度的变化
4.3 羽流中心线速度分布
火羽流中心线上的平均速度随高度的变化的计算公式为:
其中Z为0到3m，为对流热流量，假设=0.7Q=6.44KW，=-0.2574m,T单位为℃。
采用matlab编程可以得到火羽流中心线上的平均温度分布图，如图10所示。
其中图8、9为FDS模拟的羽流中心线上的平均速度分布图。
通过理论计算和数值分析可以看出在火焰的上方随着高度的增高，羽流中心线上的速度有所降低。
FDS模拟的结果表面在羽流区间先是速度有所增加，接着速度开始随着高度的增加而降低。
将数值模拟的结果，通过无量纲化可以得出火羽流中心线上平均温度随高度的变化图，如图7所示。
其中横坐标采用，纵坐标为，均采用对数坐标轴。
可以看出与温度分布类似，火焰结构也可以大致分为三个区域：连续区、间隙区和羽流区，由于油池火燃烧的过程中是需要考虑很多因素的，但是在FDS中并未全部考虑进去，所以模拟的情况和真实值还是存在一定的差值。
5 结论
通过利用火灾动力学模拟软件(FDS)软件对油池火灾中火羽流特性进行了模拟分析。
采用Heskestad提出的计算方法，对火羽流的虚点源、火焰高度、火羽流中心线上的平均温度以及平均速
度等进行了计算发觉计算的平均火焰高度和模拟的结果基本一致，羽流中心线上的温度随高度的分布和羽流中心线上的速度随高度的分布和FDS模拟的趋势是一致的，但是理论情况中的羽流中心线上的最大温度比FDS模拟的结果更
大一些。
与此同时与基于实验的McCaffrey模型进行对比分析了火羽流中心线上的平均温度和平均速度随高度的变化，发觉同样呈现出三个区域即稳定火焰区、间歇火焰区和浮力羽流区。
参考文献:
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