火災模擬
關注創(chuàng)建者：張澤 創(chuàng)建時間：2016-01-03
火災模擬的視頻教程
Abaqus柱子熱力耦合分析（火災試驗模擬）
采用Abaqus2019對柱子進行熱力耦合分析。 建模方法： 1、順序熱力耦合； 2、完全熱力耦合。 可學知識： 1、鋼筋混凝土柱子順序熱力耦合和完全熱力耦合的建模方法及后處理過程; 2、鋼筋和混凝土熱工性能參數(shù)及高溫下材料本構(gòu)的計算； 3、單位的換算； 4、 Abaqus6.14-2和Abaqus6.19做熱力耦合的不同。 附件包括： 如有問題，可加微信YClarie交流
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火災模擬的實例教程
使用火災動力學模擬器(FDS)完成火災CFD模擬課程（英）
發(fā)布于2026年3月
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz, 雙聲道
語言：英語 | 時長：12小時45分鐘 | 大小：9.42 GB
**FDS實用火災建模 — 熱釋放速率、暖通空調(diào)、控制系統(tǒng)及高級CFD應用**
**您將學到什么**
- 使用FDS和 PyroSim 構(gòu)建完整的火災模擬模型，從幾何設置到結(jié)果解讀。
- 設計結(jié)構(gòu)化計算網(wǎng)格，并利用特征火災直徑計算合適的單元尺寸。
- 定義材料、反應、組分和表面，以準確模擬火災增長和煙氣行為。
- 布置和配置測量裝置，用于測量溫度、能見度、煙氣層高度、熱釋放速率和流量。
**課程要求**
- 具備傳熱學和流體力學等工程基礎的基本理解會有幫助，但非強制要求。
- 無需具備FDS或PyroSim的先驗經(jīng)驗。課程循序漸進地涵蓋基礎知識和高級概念。
- 需要一臺能夠運行PyroSim和FDS模擬的計算機。
- 必須具備學習計算火災建模并應用工程判斷的意愿。
**課程描述**
火災建模在性能化消防安全設計中已不再是可選項 — 它是必不可少的。
這門關于火災動力學模擬器(FDS)的完整專業(yè)課程，將帶您從零基礎走向高級實際火災建模應用。無論您是消防工程師、CFD工程師、機械工程師、安全顧問還是研究人員，本課程旨在讓您在構(gòu)建、運行和解讀火災模擬方面具備專業(yè)能力。
我們從火災動力學基礎、燃燒原理以及理解FDS工作原理所需的CFD基礎知識開始。
展開 01研究背景
作為EDF R&D較早開發(fā)的代碼， MAGIC被廣泛運用在工業(yè)應用中，主要包括火災安全分析，防火區(qū)分區(qū)以及火災概率風險評估等。然而MAGIC所能模擬的溫度范圍較小，對流體模擬的精細程度不夠，且實際工程往往要求對大型復雜幾何空間內(nèi)火災后空氣和煙的流動做精細的建模與模擬，因此CFD數(shù)值模擬顯得尤為重要。本文提供了一種運用CFD軟件code_saturne對室內(nèi)火災進行3D計算模擬的數(shù)值方法。
02 算例1：庚烷燃燒的模擬
如上圖所示，模擬區(qū)域為21m x 7m x 3.8m 的長方體空間，其中庚烷在中心2m x 1m 的區(qū)域燃燒。整個區(qū)域的網(wǎng)格劃分如下圖，在庚烷燃燒區(qū)域網(wǎng)格劃分的更加精細，以更好的記錄該區(qū)域流體溫度和速度的變化。
其中模擬所用到的物理參數(shù)包括庚烷的燃燒熱44.6MJ/kg，燃燒功率在28min的模擬時長中保持常數(shù)1140kW，庚烷的熱解率為0.025kg/s，其初始溫度假設為371K（沸騰溫度）；空間周圍的墻壁假設為有一定導熱系數(shù)，厚度以及發(fā)射率的壁面，初始時的空氣溫度設為30℃。本文對庚烷在不同湍流模型和輻射模型下的燃燒行為進行了模擬以及對比。
展開 法國當?shù)貢r間2019年4月15日下午6點50分巴黎圣母院發(fā)生火災，這座人類著名歷史建筑被大火嚴重破壞。在扼腕嘆息之余，“學術小鎮(zhèn)”通過計算流體力學CFD模擬手段再現(xiàn)了巴黎圣母院的火災蔓延過程，為火災事故原因調(diào)查提供了初步的參考。
1. 火災蔓延CFD模擬
巴黎圣母院主體為砌體拱結(jié)構(gòu)，上部覆蓋木結(jié)構(gòu)屋頂，因此，本次大火的主要蔓延區(qū)域是木屋頂部分，如下圖深紅色區(qū)域。
（圖片源自BBC）
為模擬這次火災事故，我們在第一時間建立了巴黎圣母院的計算流體力學CFD數(shù)值模擬模型，如下圖所示。模擬平臺為美國國家標準與技術研究院NIST研發(fā)的軟件FDS（火災動力學模擬器）。圖中綠色部分為巴黎圣母院的木質(zhì)屋頂，設置成可燃物，其他區(qū)域為惰性不可燃物體。
精細化的火災CFD模擬耗時巨大，一般需要大型計算機，長達數(shù)日才能給出結(jié)果。在此次模擬中，我們在材料燃燒性能和燃燒時間方面都進行了簡化和縮放處理，以最快時間給出結(jié)果。
歷經(jīng)12小時的資料收集、建模、模擬、討論后，我們給出了巴黎圣母院火災蔓延過程的CFD模擬結(jié)果，如下所示：
巴黎圣母院火災蔓延過程CFD模擬
通過上述巴黎圣母院的火災蔓延過程模擬結(jié)果，我們可以清楚的看到：火是從中間部分開始蔓延，先向上蔓延，燒毀了高塔Spire，然后向四周蔓延，燒毀了整個十字型木屋頂。
2. 與實際過程的對照
我們完成模擬后，恰好發(fā)現(xiàn)紐約時報梳理了巴黎圣母院火災蔓延過程（可點擊文末“閱讀原文”查看）。我們將模擬結(jié)果與紐約時報結(jié)果進行了對照，以驗證CFD模擬的合理性。
展開 室內(nèi)火災與噴淋模擬分析
現(xiàn)代社會隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類面臨的火災現(xiàn)象呈現(xiàn)出復雜化和多樣化的趨勢，火災的發(fā)生已從地面（森林火災等）發(fā)展到地下（地鐵、地下商場火災等），從固定環(huán)境（建筑火災等）發(fā)展到移動環(huán)境
（如交通工具火災等），而火災事故的發(fā)生頻數(shù)和直接損失也不斷上升。在眾多火災中，那些受限空間內(nèi)的火災造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失極為重大，如建筑，地鐵和船舶火災等，這類火災直接發(fā)生在人類社會最主要的活動場所，它對人類生命和財產(chǎn)的危害最大。
火災是一種很復雜的物理化學過程，它包含著湍流流動及混合、傳熱和傳質(zhì)、熱解和各種化學反應等分過程，也包含著這些分過程的相互作用。人們研究火災的主要目的在于揭示火災發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，既
要定性研究煙氣運動的規(guī)律，也要定量研究火災及煙氣的濃度、速度、溫度等的空間分布及其隨時間的變化規(guī)律，以便對受限空間的防火設計及火災的評估、預防、撲滅及人員逃生提供定性或定量的理論和試驗依據(jù)。
目前對各種受限空間火災的研究方法主要包括兩個大的方面，一是利用實物或相似模型進行試驗研究；二是利用計算機建模數(shù)值模擬研究。大家知道實物或模型試驗研究受到費用、設備、環(huán)境等多方面因
素的影響，且同一實物試驗是不可重復的一次性試驗。因此，近年來隨著計算機速度性能的不斷提高，越來越多的火災研究者利用計算機建模對火災進行數(shù)值模擬研究，它彌補了前一種方法的很多缺點。
為簡化計算，在對火災模擬的過程中，可不考慮火災中可燃物的實際燃燒過程，只考慮可燃物燃燒的兩個主要特性（即燃燒發(fā)出熱量和放出煙氣）對發(fā)生火災的受限空間的影響。這樣就可以按照火源的主要特征（放熱和放煙）對火源進行簡化，即將燃燒過程的發(fā)熱特性簡化成具有相同放熱速率的熱源，煙氣特性簡化成有一定質(zhì)量流的煙氣羽流。
展開 擁有多種不同的湍流模型，例如雷諾平均模型（Reynolds Average Navier-Stokes: RANS）與大渦模擬模型(Large Eddy Simulation: LES)。
軟件涵蓋多種工業(yè)應用物理模塊：大氣模擬、煤粉、重質(zhì)燃料及生物質(zhì)的燃燒模塊、電弧與焦耳效應模塊、顆粒追蹤模塊、流體機械轉(zhuǎn)子-定子互動模塊等。為適應工業(yè)界復雜的物理問題，該軟件具備靈活的二次開發(fā)接口。其強大的并行計算能力，適用于超性能計算平臺處理大規(guī)模計算問題。該軟件在工業(yè)領域得到廣泛的應用與認可。
本文旨在提供運用Code_Saturne模擬室內(nèi)火災的3D算例模型。
研究背景
作為EDF R&D較早開發(fā)的代碼， MAGIC被廣泛運用在工業(yè)應用中，主要包括火災安全分析，防火區(qū)分區(qū)以及火災概率風險評估等。然而MAGIC所能模擬的溫度范圍較小，對流體模擬的精細程度不夠，且實際工程往往要求對大型復雜幾何空間內(nèi)火災后空氣和煙的流動做精細的建模與模擬，因此CFD數(shù)值模擬顯得尤為重要。本文提供了一種運用CFD軟件Code_Saturne對室內(nèi)火災進行3D計算模擬的數(shù)值方法。
算例1：庚烷燃燒的模擬
如上圖所示，模擬區(qū)域為21m x 7m x 3.8m 的長方體空間，其中庚烷在中心2m x 1m 的區(qū)域燃燒。整個區(qū)域的網(wǎng)格劃分如下圖，在庚烷燃燒區(qū)域網(wǎng)格劃分的更加精細，以更好的記錄該區(qū)域流體溫度和速度的變化。
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火災模擬的最新內(nèi)容
這門關于火災動力學模擬器(FDS)的完整專業(yè)課程，將帶您從零基礎走向高級實際火災建模應用。無論您是消防工程師、CFD工程師、機械工程師、安全顧問還是研究人員，本課程旨在讓您在構(gòu)建、運行和解讀火災模擬方面具備專業(yè)能力。
我們從火災動力學基礎、燃燒原理以及理解FDS工作原理所需的CFD基礎知識開始。
完成課程學習后，學習者能夠獨立完成OpenFOAM燃燒仿真的搭建、運行與后處理分析，理解反應流求解器的核心模型，解讀溫度場、組分分布、反應區(qū)域等仿真結(jié)果，該知識可應用于能源系統(tǒng)、燃氣輪機、火災模擬、推進系統(tǒng)、化工過程仿真等領域。
在此背景下，以往的防滅火設計經(jīng)驗逐漸失靈，需要更專業(yè)的分析工具：火災模擬與代理模型。
一、什么是火災模擬？
火災模擬，通俗說就是在數(shù)字世界“放一把火”，觀察它的演變，為防火設計和滅火方案提供參考。
從底層邏輯看，傳統(tǒng)的火災模擬屬于計算流體力學（Computational Fluid Dynamics,CFD）的一個分支。
海克斯康 eVTOL方案: 機身仿真
海克斯康 eVTOL解決方案，可以解決的具體問題如下：
1、安全性
安全性是eVTOL的首要指標，在安全性方面，海克斯康的解決方案可以解決的問題包括：
? 約束保護系統(tǒng)性能分析-人與貨物
? 耐撞結(jié)構(gòu)設計與仿真
? 破損區(qū)域，能量吸收結(jié)構(gòu)優(yōu)化
? 虛擬跌落測試
? 鳥撞模擬
? 墜撞后引發(fā)的火災模擬
? 分布式推進和線控飛行系統(tǒng)設計
基于matlab的二維元胞自動機模擬森林火災（生命游戲 ）和模擬收費站交通流。全國大學生美國建模競賽，程序已調(diào)通，可直接運行。
05 酒店房間火災模擬結(jié)果
房間溫度(K)和空氣速度場(m/s)在不同時刻的變化如下圖所示：
可以看出，從開始燃燒起，室內(nèi)溫度不斷增加，主要集中在點火區(qū)域；同時空氣流速也不斷增加，流動方向從初始燃燒區(qū)域沿天花板一直到走廊區(qū)域，符合實際情況。
（二） 錐形量熱分析
錐形量熱儀試驗是模擬與火災中的情況一致，對材料與真實燃燒環(huán)境相似，通過測驗能夠得到相關材料動態(tài)燃燒的各項信息，主要包含熱、煙、毒氣等具體數(shù)據(jù)信息。其是以耗氧量為原理的材料燃燒性能測定儀。對材料的引燃時間進行觀察，如材料引燃時間越大，材料的阻燃性能越好。這主要是由于材料接收熱量輻射到產(chǎn)生火焰這期間所用的時間。
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Maza 等［20］在模擬火災場景中使用兩架無人機協(xié)作實時監(jiān)控消防員的行動和安全情況。Goodrich等［21］合作研發(fā)出一套用于荒野搜索和救援的微型無人機，通過技術手段收集和分析失蹤人員的可能跡象來建立模擬失蹤人員行為的隨機模型。如果該模型與某一受害者相匹配，那么就可以定位失蹤者目前的可能位置。該系統(tǒng)解決了載人直升機的局限性，也為無人機協(xié)同控制方法提供新的思路。
實驗時采用電爐模擬火災，故模擬時的受火面對流換熱系數(shù)hc(exposed)取值50W/(m^2·℃)，綜合熱輻射系數(shù)εr(exposed)取0.9，不銹鋼表面發(fā)射率εs取0.3，背火面綜合對流換熱系數(shù)hc(unexposed)取9W/(m^2·℃)。胞元側(cè)面巖棉則為絕熱面，環(huán)境溫度設為20°C。
4.
