FDS模拟火灾的实验研究

表 2.1 摸拟火灾方案
方案
热释放速率/Kw
窗口面积/m2
可燃物
方案 1
1656
3.00
木材
方案 2
2208
3.00
木材
方案 3
2760
3.00
木材
说明：方案 1.1～1.3 为改变可燃物数量；方案 2.1～2.3 为改变可
燃物种类。
表 2.1 所列方案中，选取可燃物的单位面积的热释放速率为 300
4.5在个别高大建筑物或建筑稠密地区，GPS出现盲区，初始化 时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用RTK增补图根导线点， 配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，也可以大 大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。
参考文献
[1] 孔祥元，梅是义；控制测量学（上,下）；武汉测绘科技大学 出版社；1996 年。
由此确定网格尺寸为△x=△y=△z=0.1D*=0.1 m；
三、模拟结果分析
表 2.1 中具体给出了方案的设置参数，即设置床为火源，可燃物 为木材，窗户的开口面积为 3.00 m2，可燃物的热释放速率分别为以 下三种情况：
HRR1=1656 Kw；HRR2=2208 Kw；HRR3=2760 Kw。
Kw/㎡、400 Kw/㎡和 500 Kw/㎡三种情况来表示可燃物数量的改变，
因为床为火源，其与空气接触的面积为 5.52 ㎡，所以可燃物的热释
放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw。
在 FDS 火灾模型输入文本中输入相关参数，同时输入需要分析
的数据：烟气层高度、温度和能见距离等，在 DOS 模拟窗口下，运
1、改变可燃物数量对烟气层高度的影响
图 2.1 模拟火灾基本模型
如图 2.1 所示模拟火灾的基本模型，建立两间尺寸均为 4.0 m×
4.0 m×4.0 m 房间，本文以房间 1 作为分析对象，设置床为火源且热
释放速率稳定。
在本文中，由于主要分析可燃物数量等因素对临界危险指标的影
响情况，因此，如表 2.1 中给出了三种火灾模拟方案进行火灾模拟。
[2] 《城市测量规范》；CJJ 8-99；建设部颁布；1999 年。 [3] GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000 地形图航测摄影测量外业规 范[S]。 [4] 徐绍铨，张华海，杨志强； GPS 测量原理及应用；武汉测 绘科技大学出版社；1997 年。 [5]武汉测绘科技大学测量平差教研室编著；测量平差基础；测 绘出版社；1996 年。
科学技术
FDS 模拟火灾的实验研究
于慧鸣 鞍 山 市 消 防 支 队 辽 宁 鞍 山 114000
【摘 要】本文使用 FDS 火灾模型模拟火灾，分析建筑内发生火灾时，可燃物的数量对于烟气层高度、温度和能见距离的影响情况，得出危险指标与各影响 因素之间的关系。
【关键词】烟气层高度 能见距离 FDS 火灾模型
的烟气
图 3.2 改变开口面积对烟气层的影响
2、 改变可燃物数量对温度的影响
图 3.3 改变可燃物数量对温度的影响 图 3.3 中各点给出了可燃物的热释放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw 三种情况下模拟火灾的上、下层温度（h1=3.5 m 和 h2=2.0 m 处）达到稳定状态以后（25～50 s）的平均温度值，分析得 出： （1）上、下层温度随着可燃物热释放速率的升高即可燃物数量 的增加而升高； （2）上、下层的温差随着可燃物热释放速率的升高而降低。 如图 3.4（a）和（b）直观的给出了模拟火灾的温度变化达到相 对稳定以后（选取 35 s 时）热燃烧速率分别为 HRR1=1656 Kw； HRR3=2760 Kw 的情况下的 h=2.0 m 处的温度状态：
（a） 35 s 时 HRR1 的温度情况 （b） 35 s 时 HRR3 的温度情况 图 3.4 改变开口面积对温度的影响
（上接第77页） 也可以在作业中采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立图
根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据 采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用 支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差，提高了全 站仪碎部点采点的点位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了 地形测量的工作效率。在地形图、地籍图等的测量应用中，均取得了 很好的效果。
行 FDS 进行运算。由于运行 FDS 耗费计算机资源较大，在模拟火灾
发生 30s 左右，所有危险指标均已达到稳定状态，因此，为节省运算
layer height / m
1.8 4 1.8 2 1.8 0 1.7 8 1.7 6 1.7 4 1.7 2 1.7 0 1.6 8 1.6 6 1.6 4 1.6 2
1600
1800
2000
2200
HRR / Kw
2400
2600
2800
图 3.1 改变可燃物数量对烟气层高度的影响 图 3.1 中各点给出了可燃物的热释放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw 的三种情况下模拟火灾的烟气扩散达到相对稳定状态 以后（25～50 s）的平均烟气层高度值，分析得出： （1）烟气层的高度随着可燃物热释放速率的升高即可燃物数量 的增加而降低； （2）可燃物的数量越多越不利于建筑物排烟。
2
⎛ 1656
D* 1
=
⎜⎝
1.29×1.4×293×
9.8
⎞ ⎟⎠
5
=
0.99m
2
⎛ 2208
D* 2
=
⎜⎝
1.29×1.4×293×
9.8
⎞5 ⎟⎠
= 1.12m
2
⎛ 2760
D* 3
=
⎜⎝
1.29×1.4×293×
⎞5 9.8 ⎟⎠
= 1.2m
由于火灾直径均在 1.0 m 左右，因此，统一火灾直径取 D*=1.0 m,
如图 3.2（a）和（b）直观的给出了模拟火灾的烟气扩散达到 相对稳定以后（选取 35 s 时）热燃烧速率分别为 HRR1=1656 Kw； HRR3=2760 Kw 的情况下的烟气层状态：
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3、改变可燃物数量对能见距离的影响
（a） 35 s 时 HRR1 的烟气
（b） 35 s 时面积 HRR3
一、绪论
由于当烟气层高于人眼特征高度（人眼的特征高度通常为 1.3～ 1.8 m，我们取 1.5 m），烟气层温度达到 180 ℃时，则其产生的热辐 射就会对人体造成不可恢复的烧伤；当烟气层高度低于人眼特征高 度，烟气层温度达到 115 ℃时，就会对人体构成危险。本文使用 FDS 火灾模型模拟火灾，分析建筑内发生火灾时，可燃物的种类和数量等 因素对于烟气层高度、温度和能见距离的影响，得出危险指标与各影 响因素之间的关系。
（2.1）
式中：D*是火灾直径，m； Q 是热释放速率，Kw；ρ∞是空气
密度，Kg/m3；Cp 是空气的比热，J/（Kg·℃）；T∞是空气的温度，
℃；g 为重力加速度，m/s2。
在本文中，热释放速率共有三种情况即 1656 Kw、2208 Kw 和
2760 Kw.因此由式（2.1），分别计算三种情况的火灾直径如下：
4.3 应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法， 参与坐标转换的已知点应在 3 个以上，且分布要均匀，做到在满足精 度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。
4.4在山区地形测量中，GPS一RTK技术可以替代全站仪进行图
Baidu Nhomakorabea
根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误差的图根 点，使测图所需图根点的数量在满足要求时，可多可少，机动灵活； 而且移动点至基准点的距离可以很长（最好不要超过10 km）。
四、结论
本文应用 FDS 建立了火灾模拟的基本模型，在分别可燃物数量 情况下，对烟气层高度、温度和能见距离等危险指标的影响情况进行 分析，得出以下结论：
（1）烟气层的高度随着可燃物数量的减少的降低而升高； （2）温度随着可燃物数量的减少而降低； （3）能见距离随着可燃物数量的减少而增大。 参考文献 [1] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京:中国人事出版社, 2004. [2] 张吉光, 史自强, 崔红杜. 高层建筑和地下建筑通风与防排 烟[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2005. [3] 李引擎. 建筑防火性能化设计[M]. 北京:化学工业出版社, 2005.5. [4] 公安部政治部编. 建筑防火设计原理[M]. 北京:中国人民公 安大学出版社, 1997. [5] fds_users_guide_4.
4、结论
4.1 RTK 技术操作简便，灵活方便，工作状态稳定。能快速、准 确地测定图根点、碎部点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级经 检核的三维坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。
4.2 基准站的选择对于 RTK 测量非常重要，它将直接影响到流 动站的施测精度和测量速度，应注意二者之间的“通视”。
时间，本文火灾模拟时间取 t=50s。 （3）网格尺寸的确定 对于划分网格比较粗略的模型，则计算结果不精确；若网格过密，
则 FDS 运行时间过长，因此为使计算结果精确同时又节省运算时间， 本文通过确定火灾直径 D*来确定计算网格单元的尺寸
2
⎛ Q D* = ⎜⎜⎝ ρ ∞c pT ∞
⎞5 g ⎟⎟⎠
二、利用 FDS 模拟火灾
1、FDS 火灾模型简介 FDS 火灾模型包括两大部分。第一部分简称 FDS4，是求解微分 方程的主程序，需要用户创建文本来描述火灾场景；第二部分称 SMOKEVIEW，可以直观的查看计算结果。FDS 的输入文件分成三 部分：第一部分为几何参数和网格的设置；第二部分为有关燃烧过程 的设置，如燃烧时间、火源功率、通风口的设置等；第三部分为输出 数据的设置，如某点或某个面上的温度、密度、混合组分在火灾过程 中随时间的变化情况等。 2、FDS 模拟火灾 （1）参数设定 为了准确地求解火灾的相关问题，设置基本参数如下： ①设置烟的减光系数与能见距离之积 C=1（系统默认值为 3）。 对于发光物质来说 C=8，对于反光物质来说 C=3，但在性能化评估 中为保守起见通常取 C=1，因此，本文取 C=1。 ②室内温度为 20 ℃； （2）火灾模拟
图 3.5 改变可燃物数量对能见距离的影响 图 3.5 中各点给出了可燃物的热释放速率分别为 1656 Kw、2208 Kw 和 2760 Kw 三种情况下烟气扩散达到稳定状态以后（25～50 s） 的平均能见距离（h=2.1 m 处），分析得出： （1）能见距离随着可燃物热释放速率的增大即可燃物数量的减 少而增大； （2）可燃物数量越少越有利于火场中人员逃生。
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