消防工程師《綜合能力》備考精選：煙氣流動(dòng)計(jì)算原則

煙氣流動(dòng)幾種計(jì)算模型的選用原則是什么?

答：1)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ通D經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌谄渌碚撃Ｐ湍軌驅(qū)鹪纯臻g以及關(guān)聯(lián)空間的火災(zāi)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行估計(jì)，現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔ＞窒抻诿枋龌鹪纯臻g的一些特征物理參數(shù)，如煙氣溫度、濃度、熱流密度等隨時(shí)間的變化，因此經(jīng)常被稱為“局部模型”，常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀忻绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)開(kāi)發(fā)的FPETOOL模型、計(jì)算煙羽流溫度的Alpert模型和計(jì)算火焰長(zhǎng)度的Hasemi模型。

2)區(qū)域模型―區(qū)域模擬是一種半物理模擬，在一定程度上兼顧了計(jì)算機(jī)模擬的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在消防工程界具有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用區(qū)域模型既可以在一定程度上了解火災(zāi)的成長(zhǎng)過(guò)程，也可以分析火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散過(guò)程。目前，區(qū)域模型在建筑室內(nèi)火災(zāi)的計(jì)算機(jī)模擬中具有重要地位。如果無(wú)需了解各種物理量在空間上的詳細(xì)分布以及隨時(shí)間的演化過(guò)程，模型中的假設(shè)十分趨近于火災(zāi)過(guò)程的實(shí)際情況，可以滿足工程需要。但是區(qū)域模擬忽略了區(qū)域內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，不能反映湍流等輸運(yùn)過(guò)程以及流場(chǎng)參數(shù)的變化，只抓住了火災(zāi)的宏觀特征，因而其近似結(jié)果也是較粗糙的。目前，世界各國(guó)的研究者建立了許多室內(nèi)火災(zāi)區(qū)域模擬的模型，以CFAST、ASET、BR12、CCFM-VENTS、CFIRE-X、 COMPBRN、HAVARD MARD4以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的FAC3等為典型代表。常用的區(qū)域模型有ASET和ASET-B.HARVARD-V和FIRST、CFAST和 HAZARD 1模型

3)場(chǎng)模型―場(chǎng)模型是通過(guò)把一個(gè)房間劃分為幾千甚至上萬(wàn)個(gè)控制體，計(jì)算得出室內(nèi)各局部空間的有關(guān)參數(shù)的變化。計(jì)算時(shí)通常所使用的場(chǎng)模擬方法有有限差分法、有限元法、邊界元法等。導(dǎo)致這種模型的計(jì)算量很大，當(dāng)用三維不定常方式計(jì)算多室火災(zāi)時(shí)，需要占用很長(zhǎng)的機(jī)時(shí)，一般只在需要了解某些參數(shù)的詳細(xì)分布時(shí)才使用這種模型。

4)場(chǎng)區(qū)混合模型―對(duì)于復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通常是采用區(qū)域模擬的方法。然而，實(shí)驗(yàn)研究表明：煙氣層在著火區(qū)域或相對(duì)強(qiáng)流動(dòng)區(qū)域無(wú)明顯的分層現(xiàn)象，區(qū)域模擬的雙層假設(shè)不能成立，只有在附近相鄰的其它區(qū)域，煙氣層才有明顯的分層現(xiàn)象。這樣，若采用區(qū)域模擬的方法模擬復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程則不能真實(shí)地反映其火災(zāi)的特性。如果使用場(chǎng)模擬的方法，由于場(chǎng)模擬是求解流體力學(xué)的基本控制方程，整場(chǎng)和多參量描述復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程，需要大量的計(jì)算機(jī)資源和時(shí)間，目前，由于計(jì)算機(jī)容量和運(yùn)算速度等客觀條件的限制，很難對(duì)復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過(guò)程進(jìn)行場(chǎng)模擬，另外，在明顯的煙氣層分層區(qū)間采用場(chǎng)模型，也增加了計(jì)算機(jī)資源和時(shí)間的耗用。因此，基于試驗(yàn)研究的結(jié)果和計(jì)算機(jī)客觀條件等限制，我們采用場(chǎng)模擬的方法來(lái)研究著火房間或強(qiáng)流動(dòng)區(qū)域，對(duì)其它非著火和非強(qiáng)流動(dòng)區(qū)間采用區(qū)域模擬的方法。這種混合模擬方法，兼顧場(chǎng)模擬和區(qū)域模擬兩者的優(yōu)點(diǎn)，并能更為準(zhǔn)確地反映火災(zāi)過(guò)程的特征，這種方法簡(jiǎn)稱為場(chǎng)區(qū)模擬方法。