FDS（Fire Dynamics Simulator）是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局開發(fā)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬工具。該軟件是基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的一種數(shù)學(xué)模型，能夠模擬火災(zāi)燃燒的能量驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)。

軟件采用數(shù)值方法求解一組描述熱驅(qū)動(dòng)的低速流動(dòng)的Navier-Stokes方程(粘性流體方程)，重點(diǎn)是計(jì)算火災(zāi)中的煙氣流動(dòng)和熱傳遞過程。該軟件把設(shè)定空間分成多個(gè)小的三維矩形控制體或計(jì)算單元，計(jì)算每個(gè)單元內(nèi)氣體密度，速度，溫度，壓力和組分濃度用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒的偏微分方程來近似有限差分，通過對(duì)同一網(wǎng)格使用有限體積技術(shù)來計(jì)算熱輻射、流體流動(dòng)中存在湍流現(xiàn)象，追蹤預(yù)測(cè)火災(zāi)氣體的產(chǎn)生和移動(dòng)，并結(jié)合家具、墻壁、地板和頂棚的材料特性來計(jì)算火災(zāi)的增長(zhǎng)和蔓延。FDS處理湍流流動(dòng)有兩種方法，即大渦模擬（LES）方法和直接數(shù)值模擬（DNS）方法。模擬求解后可獲得相關(guān)測(cè)量點(diǎn)處溫度、CO濃度、CO2濃度、O2濃度、能見度等一系列數(shù)據(jù)。

該模型的一部分應(yīng)用在煙氣控制和水噴淋及探測(cè)器啟動(dòng)的研究，另一部分用在民用建筑或工業(yè)火災(zāi)的重現(xiàn)工作。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，模型算法的進(jìn)一步完善，F(xiàn)DS提供了一種研究火災(zāi)動(dòng)力和燃燒基礎(chǔ)的工具，同時(shí)開始用于解決消防行業(yè)中實(shí)際的火災(zāi)問題。隨著FDS源程序不斷更新不斷完善，在較新的版本中可進(jìn)行火災(zāi)過程和疏散過程的聯(lián)合模擬。當(dāng)前，F(xiàn)DS的使用已經(jīng)開始超出火災(zāi)研究實(shí)驗(yàn)室的范圍，進(jìn)入了工程建設(shè)領(lǐng)域，可以作為建筑性能化設(shè)計(jì)的輔助工具之一。

下面以一個(gè)室內(nèi)沙發(fā)被點(diǎn)燃發(fā)生火災(zāi)后啟動(dòng)噴淋的案例來演示這款軟件的使用流程。

 1    啟動(dòng)軟件  

（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→PyroSim 2018，啟動(dòng)PyroSim程序。

（2）單擊主菜單File→New按鈕，新建項(xiàng)目。

（3）單擊主菜單View→Units→SI按鈕，選擇公制單位。

（4）單擊主菜單File→Save按鈕，保存項(xiàng)目，項(xiàng)目名設(shè)置為room fire.psm。

 2    設(shè)置燃燒反應(yīng)  

（1）單擊主菜單Model→Edit Reactions按鈕，彈出Edit Reactions對(duì)話框。

（2）單擊Add From Library按鈕，彈出PyroSim Libraries對(duì)話框，選擇POLYURETHANE到Current Model，單擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。

（3）單擊OK按鈕關(guān)閉Edit Reactions對(duì)話框。

 3    設(shè)置計(jì)算域及網(wǎng)格  

（1）單擊主菜單Model→Edit Meshes按鈕，彈出Edit Meshes對(duì)話框。

（2）單擊New按鈕，創(chuàng)建名稱為Mesh01的計(jì)算域。

（3）分別對(duì)應(yīng)X、Y、Z中的Min和Max分別輸入計(jì)算域的范圍，X（0/5.2），Y（-0.8/4.6），Z（0/2.4）。

（4）輸入對(duì)應(yīng)X、Y、Z三個(gè)方向上的網(wǎng)格數(shù)，X-52，Y-54，Z-24。

（5）單擊OK按鈕關(guān)閉Edit Meshes對(duì)話框。

 4    設(shè)置模型材料  

（1）單擊主菜單Model→Edit Materials按鈕，彈出Edit Materials對(duì)話框。

（2）單擊Add From Library按鈕，彈出PyroSim Libraries對(duì)話框，選擇FOAM，GYPSUM和YELLOW PINE到Current Model，單擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。

（3）在Edit Materials對(duì)話框中，設(shè)置FOAM的物質(zhì)參數(shù)。

在Description中輸入NIST – Completely Made Up，Density輸入40，Specific Heat輸入1。

在Pyrolysis選項(xiàng)卡中，Heat of Combustion輸入30000，單擊Edit按鈕，在Reference Temperature中輸入300。

在Byproducts選項(xiàng)卡中，Heat of Reaction輸入800，在Composition 列中輸入1，Residue選擇[Species: SPEC] REAC_FUEL，單擊OK按鈕關(guān)閉Edit Pyrolysis Reaction對(duì)話框。

（4）在Edit Materials對(duì)話框，單擊New按鈕，新建物質(zhì)命名為Fabric。

在Thermal Properties選項(xiàng)卡中，Density輸入100。

在Pyrolysis選項(xiàng)卡中，Heat of Combustion輸入15000。單擊Add按鈕，在Reference Temperature中輸入280。

在Byproducts選項(xiàng)卡中，Heat of Reaction輸入1000，在Composition 列中輸入1，Residue選擇[Species: SPEC] REAC_FUEL，單擊OK按鈕關(guān)閉Edit Pyrolysis Reaction對(duì)話框。

（5）單擊OK按鈕關(guān)閉Edit Materials對(duì)話框。

 5    設(shè)定模型邊界類型  

（1）單擊主菜單Model→Edit Surfaces按鈕，彈出Edit Surfaces對(duì)話框。

（2）單擊New按鈕，定義新的邊界類型，命名為Pine，Surface Type選擇為L(zhǎng)ayered，單擊OK按鈕。

（3）單擊Appearance右側(cè)選項(xiàng)框，選擇圖形psm_wood2.jpg。

在Material Layers選項(xiàng)卡中，Thickness輸入0.01。

單擊Edit按鈕，Mass Fraction輸入1，Material選擇YELLOW PINE。

（4）同步驟（2）~（3），新建邊界類型，命名為Gypsum，Surface Type選擇為L(zhǎng)ayered。Color選擇為藍(lán)色（RGB 198, 225, 230；Alpha 255），Thickness為0.013，Mass Fraction為1，Material選擇GYPSUM。

（5）新建復(fù)合邊界類型，命名為Upholstery，Surface Type選擇為L(zhǎng)ayered。Color選擇為藍(lán)色（RGB 120, 116, 110；Alpha 255），Thickness為0.002，Mass Fraction為1，Material選擇Fabric。

在Material Layers中，單擊Insert Row新增加一種材料。Thickness為0.1，Mass Fraction為1，Material選擇FOAM。

在Surface Props選項(xiàng)卡中，Backing選擇Insulated。

在Reaction選項(xiàng)卡中，勾選Allow the Obstruction to Burn Away。

（6）設(shè)置火源。新建命名為Ignitor的邊界，Surface Type選擇為Heater/Cooler。

在Thermal選項(xiàng)卡中，Boundary Condition Model選擇為Fixed Temperature，Surface Temperature輸入1000。

在Geometry選項(xiàng)卡中，Geometry選擇為Cylindrical，Radius輸入0.01，Length輸入0.15。

（6）單擊OK按鈕關(guān)閉Edit Surfaces對(duì)話框。

 6    建立幾何模型  

（1）在軟件主界面左側(cè)樹形菜單中，單擊鼠標(biāo)右鍵Model→New Group，名字命名為Couch，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（2）單擊主菜單Model→New Obstruction按鈕，彈出Obstruction Properties對(duì)話框。ID填入Seat cushion，Group選擇Couch。

在Geometry選項(xiàng)卡中，模型范圍輸入為X（1.5/3.1），Y（3.8/4.6），Z（0.2/0.6）。

在Surfaces選項(xiàng)卡中，選擇Single和Upholstery，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（3）同步驟（2）創(chuàng)建Right armrest，模型范圍輸入為X（1.3/1.5），Y（3.8/4.6），Z（0.0/0.9）。在Surfaces選項(xiàng)卡中，選擇Single和Upholstery，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（4）單擊鼠標(biāo)右鍵Right armrest→Copy/Move，選擇Copy，在Offset中X = 1.8，Y = 0.0，Z = 0.0，單擊OK按鈕確認(rèn)。

雙擊新建復(fù)制的Right armrest，將ID更改為L(zhǎng)eft armrest，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（5）同步驟（2）創(chuàng)建Back cushion，模型范圍輸入為X（1.5/3.1），Y（4.4/4.6），Z（0.6/1.2）。在Surfaces選項(xiàng)卡中，選擇Single和Upholstery，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（6）單擊鼠標(biāo)右鍵組Couch→Copy/Move，選擇Copy，在Offset中X = -1.3，Y = -3.6，Z = 0.0，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（7）單擊鼠標(biāo)右鍵組Couch→Rotate，Angle填入90，Base Point填入X = 0.0，Y = 1.0，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（8）同步驟（2）創(chuàng)建Pad，模型范圍輸入為X（1.6/3.0），Y（2.4/3.2），Z（0.0/0.2）。在Surfaces選項(xiàng)卡中，選擇Single和Upholstery，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（9）單擊主菜單Model→New Obstruction按鈕，彈出Obstruction Properties對(duì)話框。ID填入Wall。在Geometry選項(xiàng)卡中，模型范圍輸入為X（0/5.2），Y（-0.1/0.1），Z（0.0/2.4）。

在Surfaces選項(xiàng)卡中，選擇Single和Gypsum，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（10）單擊主菜單Model→New Hole按鈕，彈出Hole Properties對(duì)話框。ID填入Door。在Geometry選項(xiàng)卡中，模型范圍輸入為X（4.0/4.9），Y（-0.3/0.1），Z（0.0/2.0），單擊OK按鈕確認(rèn)。

（11）單擊主菜單Model→New Vent按鈕，彈出Vent Properties對(duì)話框。ID填入Floor，surface選擇Pine。在Geometry選項(xiàng)卡中，Plane選擇Z并填入0.0，Bounds填入范圍X（0/5.2），Y（-0.8/4.6），單擊OK按鈕確認(rèn)。

（12）單擊主菜單Analysis→Simulation Parameters按鈕，彈出Simulation Parameters對(duì)話框。在Misc選項(xiàng)卡中，Default Surface Type選擇Gypsum，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（13）在軟件主界面左側(cè)樹形菜單中，單擊鼠標(biāo)右鍵MESH01→Open Mesh Boundaries，在樹形菜單中Model下生成Vents for MESH01，刪除其中的XMAX、XMIN、YMAX和ZMIN四個(gè)面。

雙擊鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊Mesh Vent: Mesh [ZMAX]，在Geometry選項(xiàng)卡中，將Max Y改為0，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（14）單擊主菜單Model→Edit Surfaces按鈕，彈出Edit Surfaces對(duì)話框。單擊New按鈕，定義新的邊界類型，命名為Picture，Surface Type選擇為Basic。單擊Appearance右側(cè)選項(xiàng)框，選擇圖形。

單擊主菜單Model→New Vent按鈕，彈出Vent Properties對(duì)話框。ID填入Picture，surface選擇Picture，勾選Texture Origin。

在Geometry選項(xiàng)卡中，Plane選擇Y并填入4.6，Bounds填入范圍X（3.6/4.6），Z（1.2/1.875），單擊OK按鈕確認(rèn)。

建好的模型如下圖所示。

 7    設(shè)置點(diǎn)火源  

（1）單擊主菜單Model→Edit Particles按鈕，彈出Edit Particles對(duì)話框。單擊New按鈕，定義新的粒子類型，命名為Ignitor Particle，Particle Type選擇為Solid。Surface選擇Ignitor，Movement選擇Particles are Stationary。

在Injection選項(xiàng)卡中，Duration填入1E5，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（2）在軟件主界面左側(cè)樹形菜單中，單擊鼠標(biāo)右鍵Model→New Group，名字命名為Ignitors，單擊OK按鈕確認(rèn)。

（3）單擊主菜單Model→New Particle Location按鈕，彈出Particles Cloud Properties對(duì)話框。ID填入Ignitor Particle，Group選擇為Ignitors，Particle選擇Ignitor Particle，Droplet Count選擇Constant并填入1。

在Geometry選項(xiàng)卡中，Location Properties填入點(diǎn)火位置（2.45,4.35,0.65），單擊OK按鈕確認(rèn)。

（4）單擊鼠標(biāo)右鍵Ignitor→Copy/Move，選擇Copy并填入2，在Offset中X = 0.1，Y = 0.0，Z = 0.0，單擊OK按鈕確認(rèn)。

 8    設(shè)置噴淋  

（1）單擊主菜單Devices→New Sprinkler按鈕，彈出Sprinkler對(duì)話框。Name為Sprinkler，Activator選擇為Temperature Link，選擇Generic Residential Link。Spray Model選擇Generic Residential Spray，Location填入位置（2.6,2.8,2.3），單擊OK按鈕確認(rèn)。

 9    計(jì)算及結(jié)果  

（1）單擊主菜單Analysis→Run FDS按鈕，彈出FDS Simulation對(duì)話框開始計(jì)算。

（2）計(jì)算結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)后處理模塊，顯示計(jì)算結(jié)果。