火灾动力学

火灾动力学

消防1201 1906120101 梅彩虹

CFAST是由美国国家标准和技术研究所（NIST）的火灾研究中心开发的火灾模拟软件，是继HAZARDⅠ和FASTLite之后应用在火灾危险计算上的第二代软件，现在的最新版本是CFAST6.0.10。CFAST是一个多室火灾模拟程序，是根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律建立的。CFAST建立的火灾模型是建立在双区域模型理论基础之上的，着火房间被划分为两个控制体，即上部烟气层和下部的冷空气层。

CFAST用到的模型方程使用的普通微分方程（ODE）系统起源于质量守恒、能量守恒、热力学第一定律、理想气体定律和密度与内能的关系。该模型组成了一系列ODE来计算每个房间的环境。火灾中的环境经常变化因此这些方程经常被表示成微分方程一个完整系列的方程可以计算特定时间特定空气量下火灾中产生的状态作为控制体模型假设在这些量之内的预测状态在任何时候都是相同的因此控制体包括一个温度烟密度气体浓度等。

传统的消防预案无法充分和直观地表现建筑物空间结构。火灾模拟可以在一定程度上满足对火灾预测的需求。运用CFAST6．0．7区域模拟软件对某建筑物单层工程实例进行火灾模拟，得出了在烟气层下降高度、上部烟气层温度、下部烟气层温度及烟气层中CO含量等火灾参数随时问的变化情况，分析了该建筑物的火灾危险性。进行了安全评价．为消防人员制定火灾救援预案提供参考。

CFAST是针对火灾安全领域的专业人士设计的，并且是对他们决策的补充，软件的目的是对火灾结果提供定量分析，该模型只能在对计算的精确性进行证实性测试后，在其允许的误差范围内使用。然而，正像许多其它计算机软件那样，软件使用者提供的输入数据直接决定了计算结果的准确性，如果有模型得到的预测结果精确性较差，有可能导致错误的结论，所以用该模型得到的所有结果都应该凭一般经验进行审核。

作业一

1.计算如下场景中烟气高度、温度和CO、能见度等随时间的变化。

这所建筑由一个房间组成，房间的尺寸为长4m ，宽3m ，高3m ，有一扇门，通向室外。

Layer Height Room302-1 m

0.511.522.533.5T i m e 160

350

540730

920

11101300

1490

1680

时间/t

高度/m

Layer Height Room302-1m

co变化

2004006008001000T i m e 130

290450

610770

93010901250

14101570

1730

时间/t

浓度

CO Upper Layer

Room302-1 PPM CO Lower Layer Room302-1 PPM

从变化的烟气层高度中很明显能看出，房间在不到两分钟的时间就充满了浓烟。从图像可知Co浓度在四分钟左右达到最高浓度，然后降低，十分钟左右后，浓度趋于不变的状态。

而烟气温度在火灾开始时迅速上升，然后上升幅度减小，五分钟左右达到最大值，然后缓慢降低，烟气温度趋于一个稳定值。从能见度图像可知，火灾开始后，能见度降低六分钟左右，达到一个最模糊的状态，即能见度最低，后能见度清晰（烟气驱散），达到稳定值。

作业二

从变化的烟气层高度中很明显能看出，宿舍烟气高度迅速降低，后处于一种缓慢变化的状态，最终趋于稳定值。从宿舍一氧化碳的浓度变化折线图可知，其浓度迅速增加，然后上升幅度减小，六分钟左右达到最大值，然后降低。从大厅烟气高度和宿舍烟气高度的折线图可知，两者的折线变化趋势类似，最后都趋于一个稳定值，但变化幅度不一样，宿舍的较为剧烈。

宿舍烟气温度先是迅速增加后趋于一个稳定值后，由于有两个通风口，又缓慢减小后，有些小幅度的上升，渐渐趋于一个稳定值。