FDS軟件介紹及實(shí)例應(yīng)用

FDS軟件簡介

及應(yīng)用實(shí)例

姓名：尚勝美學(xué)號(hào)：S11040655

班級：機(jī)電研11-3

主要內(nèi)容1、FDS軟件概述2、FDS軟件操作3、實(shí)例：室內(nèi)火災(zāi)模擬1、FDS軟件概述1.1

FDS軟件介紹1.2Pyrosim相關(guān)簡介1.1FDS軟件介紹

FDS（FireDynamicsSimulator）是一種以火災(zāi)中流體運(yùn)動(dòng)為主要模擬對象的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）開發(fā)。FDS重點(diǎn)是計(jì)算火災(zāi)中的煙氣流動(dòng)和熱傳遞過程。

主要是解決消防工程中的實(shí)際問題，也可為火災(zāi)科學(xué)的理論研究作指導(dǎo)。進(jìn)行FDS模擬是為了得到一系列有關(guān)煙霧、溫度、毒氣等相關(guān)參數(shù)，再對實(shí)際工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證一旦火災(zāi)發(fā)生，其煙霧保持在一定的高度之上，毒氣的濃度在一定的范圍內(nèi)，從而不會(huì)威脅到疏散人員的安全。1.1FDS軟件介紹FDS火災(zāi)模擬軟件包含F(xiàn)DS和SmokeView兩部分。FDS是軟件的主體部分，主要用于完成模擬場景的構(gòu)建和計(jì)算。

FDS可以模擬:火災(zāi)驅(qū)動(dòng)的傳熱；溫度分布、毒氣濃度、煙氣流動(dòng)；熱輻射和對流；噴淋、探測裝置的火災(zāi)響應(yīng)；1.1FDS軟件介紹SmokeView是一個(gè)可視化程序，是FDS計(jì)算結(jié)果顯示程序，它既能處理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)也能顯示靜態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)以二維或三維形式顯現(xiàn)。1、FDS軟件概述1.1

FDS軟件介紹1.2Pyrosim相關(guān)簡介1.2Pyrosim相關(guān)簡介Pyrosim是美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所在FDS基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是FDS進(jìn)行前處理和后處理的圖形用戶界面，可以進(jìn)行三維圖形化前處理，編輯效果可視。與FDS命令相比，Pyrosim構(gòu)建場景更直觀簡便，模塊的輔助創(chuàng)建可直接調(diào)用FDS計(jì)算核心，實(shí)現(xiàn)Smokeview并輸出數(shù)據(jù)。1.2Pyrosim相關(guān)簡介Pyrosim軟件是美國RJA公司開發(fā)的FDS建模工具,建筑工程師和消防工程師對它廣泛使用，用來建模；PyroSim被用來建立消防模擬，并對火災(zāi)中煙氣的運(yùn)動(dòng)、溫度、和毒氣濃度進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測分析,該軟件可以建立模型，導(dǎo)入FDS軟件。PyroSim不僅能夠比較方便的進(jìn)行建模計(jì)算,可以快捷的進(jìn)行模型預(yù)覽，還可以自動(dòng)編寫FDS輸入文件。主要內(nèi)容1、FDS軟件概述2、FDS軟件操作3、實(shí)例：室內(nèi)火災(zāi)模擬

2、FDS軟件操作2.1文件設(shè)置FDS的輸入文件中需要包含：1控制區(qū)域內(nèi)建筑的幾何形狀2計(jì)算單元的尺寸3網(wǎng)格劃分4火源的設(shè)定5燃料類型6材料的熱物性7邊界條件8探測器布置2.1文件設(shè)置FDS的輸出文件應(yīng)該包括：密度、溫度、速度、壓力、熱釋放速率、燃燒產(chǎn)物的濃度、混合分?jǐn)?shù)、以及熱流和輻射熱等等。

2、FDS軟件操作2.2操作步驟使用FDS和Smokeview的一般步驟:①建立一個(gè)FDS輸入文件；②運(yùn)行FDS,然后FDS生成一個(gè)或多個(gè)輸出文件。FDS數(shù)據(jù)的輸出主要有以下幾種形式:a、以在計(jì)算區(qū)域內(nèi)任何位置設(shè)置測點(diǎn),獲得所需參數(shù)在該位置隨時(shí)間的變化趨勢。b、獲得任意位置二維平面各種參數(shù)的變化。c、得到特定參數(shù)在三維空間內(nèi)的等值面圖。d、獲得某一特定時(shí)間內(nèi)所設(shè)定參數(shù)的靜態(tài)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可以用二維或三維圖片的形式表現(xiàn)出來③運(yùn)行Smokeview來分析由第2步產(chǎn)生的輸出文件。2.2操作步驟創(chuàng)建網(wǎng)格輸入物質(zhì)材料數(shù)據(jù)預(yù)備工作創(chuàng)建實(shí)體定義邊界條件核對運(yùn)行查看結(jié)果創(chuàng)建表面分析數(shù)據(jù)預(yù)備工作：將現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化成物理模型，確定所建模型空間數(shù)據(jù)、所需物質(zhì)材料，搜集材料性質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)等。網(wǎng)格劃分：網(wǎng)格劃分關(guān)乎模擬精度，故劃分網(wǎng)格應(yīng)盡量滿足一下兩點(diǎn)要求。①網(wǎng)格在三個(gè)方向的尺寸最好接近；②劃分好的網(wǎng)格應(yīng)符合2u3v5w，其中u、v、w為整數(shù)。

2、FDS軟件操作2.3界面操作主界面2.3界面操作幫助欄基本操作編輯欄文件編輯欄模型編輯欄探測器編輯欄人員疏散輸出編輯欄FDS求解編輯欄視圖編輯欄主要內(nèi)容1、FDS軟件概述2、FDS軟件操作3、實(shí)例：室內(nèi)火災(zāi)模擬3、實(shí)例：室內(nèi)火災(zāi)模擬3.1輸入反應(yīng)和材料數(shù)據(jù)3.2創(chuàng)建網(wǎng)格3.3創(chuàng)建表面3.4創(chuàng)建家具3.5創(chuàng)建邊界3.6定義燃燒器和地板3.7創(chuàng)建記錄裝置3.8確定仿真性能3.9運(yùn)行FDS3.10查看結(jié)果分析數(shù)據(jù)3.1輸入反應(yīng)和材料數(shù)據(jù)ModelEditLibraries編輯庫Category分類Gas-phaseReaction氣相反應(yīng)將POLYURETHANE(聚氨酯）反應(yīng)導(dǎo)入到當(dāng)前模型3.1輸入反應(yīng)和材料數(shù)據(jù)ModelEditLibrariesCategoryMaterials材料將FOAM,GYPSUM,YELLOWPINE(泡沫、石膏、黃松木）導(dǎo)入到當(dāng)前模型保存模型FileSaveAs另存為選擇一個(gè)位置保存模型，由于FDS模擬會(huì)生成許多文件和大量的數(shù)據(jù)，所以最好是建立一個(gè)新文件夾。3.2創(chuàng)建網(wǎng)格在本例中網(wǎng)格大小0.1m，在幾何學(xué)上，便于燃燒物的熱釋放率得到精確的仿真結(jié)果。ModelEditMeshes編輯網(wǎng)格房間長：5.2米寬：4.6米高：2.4米確定燃燒參數(shù)在本例中只有聚氨酯反應(yīng)，故在導(dǎo)航視圖雙擊POLYURETHANE，查看聚氨酯屬性。3.3創(chuàng)建表面1黃松木質(zhì)地板表面ModelEditSurfacesNewSurfaceName:Pine松木

SurfaceType:Layered分層質(zhì)地Texture:psm_spruce.jpg杉木材料Thickness:0.01MassFraction質(zhì)量分?jǐn)?shù):1.0Material:yellowpine3.3創(chuàng)建表面2石膏墻表面ModelEditSurfacesSurfaceName:GypsumSurfaceType:LayeredColor:灰色RGBof0.7,0.7,0.7材料Thickness:0.013MassFraction:1.0Material:Gypsum石膏3.3創(chuàng)建表面3室內(nèi)裝潢材料表面ModelEditSurfacesSurfaceName:UpholsterySurfaceType:LayeredColor:RGBof0.4,0.2,0.0Thickness:0.1MassFraction:1.0Material:Foam泡沫表面支撐襯墊SurfacePropsBacking:絕緣InsulatedReaction：AllowtheObstructiontoburnaway反應(yīng)允許障礙物燃盡3.3創(chuàng)建表面4燃燒器表面在沙發(fā)上創(chuàng)建一個(gè)原始燃燒器表面，這個(gè)燃燒器以恒定的釋放率釋放熱將會(huì)點(diǎn)燃室內(nèi)裝潢材料。ModelEditSurfacesSurfaceName:BurnerSurfaceType:Burner熱釋放率HeatReleaseRate：10003.4創(chuàng)建家具1沙發(fā)組創(chuàng)建沙發(fā)組目的：幫助我們組織有關(guān)沙發(fā)的輸入ModelNewGroup

父組ParentGroup:Model

組名GroupName:沙發(fā)組Couch3.4創(chuàng)建家具2沙發(fā)底座ModelNewObstructionDescription:BaseGrouplist:Couch幾何位置GeometrySurfaces:Single石膏Gypsum3.4創(chuàng)建家具沙發(fā)底座3.4創(chuàng)建家具3彈性坐墊ModelNewObstructionDescription:彈性坐墊SeatcushionGrouplist:CouchGeometryBoxPropertiesSurfaces:SingleUpholstery室內(nèi)裝潢3.4創(chuàng)建家具彈性坐墊3.4創(chuàng)建家具4沙發(fā)右扶手ModelNewObstructionDescription:Rightarmrest右邊扶手Grouplist:CouchGeometryBoxPropertiesSurfaces:SingleUpholstery室內(nèi)裝潢3.4創(chuàng)建家具沙發(fā)右扶手3.4創(chuàng)建家具5沙發(fā)左扶手在3D視圖下右擊rightarmrest選擇Copy/Move模式Mode復(fù)制Copy水平移動(dòng)OffsetX=1.8在導(dǎo)航視圖中將Rightarmrest[1]重新命名為Leftarmrest。3.4創(chuàng)建家具沙發(fā)左扶手3.4創(chuàng)建家具6沙發(fā)靠背ModelNewObstructionDescription:BackcushionGrouplist:CouchGeometryBoxPropertiesSurfaces:SingleUpholstery室內(nèi)裝潢3.4創(chuàng)建家具沙發(fā)靠背第一個(gè)沙發(fā)3D視圖3.4創(chuàng)建家具7第二個(gè)沙發(fā)在導(dǎo)航視圖，右擊Couch選擇Copy/MoveModeCopyOffset

X=-1.3Y=-3.6在導(dǎo)航視圖中將Couch[1]重新命名為Couch2.3.4創(chuàng)建家具第二個(gè)沙發(fā)在導(dǎo)航視圖，右擊Couch2，選擇Rotate旋轉(zhuǎn)ModeMoveAngle90基準(zhǔn)點(diǎn)BasePointX=0.0，Y=創(chuàng)建家具兩個(gè)沙發(fā)3.4創(chuàng)建家具8襯墊（地板上）ModelNewObstructionDescription:PadGrouplist:ModelGeometryBoxPropertiesSurfacesSingleUpholstery室內(nèi)裝潢3.4創(chuàng)建家具襯墊3.5創(chuàng)建邊界1墻

使用2D視圖添加墻體2DView畫墻體屬性工具.沿著Y=0畫墻體3.5創(chuàng)建邊界墻3.5創(chuàng)建邊界2門在墻上開一個(gè)孔來創(chuàng)建門ModelNewHoleDescription:DoorGrouplist:ModelGeometryBoxProperties3.5創(chuàng)建邊界門3.5創(chuàng)建邊界3開放邊界在門的外面添加一個(gè)開放的邊界

1.在導(dǎo)航視圖右擊MESH,點(diǎn)擊OpenMeshBoundaries2.看到一個(gè)名字為VentsforMESH的組,選中所有網(wǎng)格邊界，除了VentMinYforMESH右擊，選擇delete3.5創(chuàng)建邊界開放邊界在模型上右擊，選擇ShowAllObjects3.6定義燃燒器和地板在FDS中，用通風(fēng)孔來描述2D平面對象，所以現(xiàn)在要用通風(fēng)孔來定義燃燒器和地板。燃燒器以穩(wěn)定的熱釋放率釋放熱量120秒，引起了火災(zāi)，相鄰的物質(zhì)達(dá)到了引燃溫度也開始燃燒。這里，我要在沙發(fā)上的燃燒器使用一個(gè)通風(fēng)孔。3.6定義燃燒器和地板1燃燒器ModelNewVentDescription:BurnerGrouplist:ModelSurface:Burner燃燒器GeometryPlaneZ=0.601Bounds3.6定義燃燒器和地板2地板ModelNewVentDescription:FloorGrouplist:ModelSurface:Pine松木GeometryPlaneZ=0.001Bounds3.6定義燃燒器和地板燃燒器和地板在墻上掛一幅畫畫ModelEditsurfacesNewSurfaceName:pictureSurfaceType:Adiabatic(隔熱）textureImportselectpictureDetailsWidth:1.0Height:0.675在墻上掛一幅畫畫ModelNewVentDescription:PictureGrouplist:ModelSurface:PictureTextureOrigin:RelativetoObject.GeometryPlaneY=4.599Bounds在墻上掛一幅畫畫3.7創(chuàng)建記錄裝置1熱電偶記錄在天花板附近加裝一個(gè)熱電偶DevicesNewThermocoupleLocation在3D視圖中右擊THCP選擇Copy/MoveModeCopyNumberofcopies5.OffsetX=0.0,Y=0.0，Z=-創(chuàng)建記錄裝置熱電偶記錄3.7創(chuàng)建記錄裝置2切片記錄對3D結(jié)果繪制創(chuàng)建切片記錄切片平面可以用來顯示2D輪廓在Smokeview顯示的結(jié)果。通過此分析，會(huì)為以后策劃保存溫度數(shù)據(jù)。OutputSlices....3.7創(chuàng)建記錄裝置3邊界記錄實(shí)體表面的溫度可以通過選擇表面繪制來繪制OutputBoundaryQuantities...WallTemperature3.8確定仿真性能指定運(yùn)行時(shí)間FDSSimulationParameters整個(gè)模型的3D視圖3.9運(yùn)行FDSFDSRunFDS…經(jīng)過1小時(shí)24分鐘的運(yùn)行模擬，得到模擬仿真結(jié)果。3.9運(yùn)行FDS3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)顯示所有紋理切片燃燒平面3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)間：100s3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)間：200s3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)間：300s3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)間：400s3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)間：500s3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)間：600s3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)從Smokeview模擬看到：1.600s內(nèi)，每個(gè)時(shí)刻在X=0.79m平面的溫度等溫面，這便于用來研究分析不同時(shí)刻時(shí)室內(nèi)火災(zāi)的溫度分布情況。2.在火災(zāi)燃燒中，開始只是燃燒點(diǎn)燃燒，而后引起沙發(fā)更大面積的燃燒。3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)FDSPlotTimeHistoryResults....RoomFire_devc.csv查看熱電偶RoomFire_hrr.csvHRR查看熱釋放率3.10查看結(jié)果，分析數(shù)據(jù)第一個(gè)熱電偶X=2.1m，最高溫度21.2