火災學
關注創建者：徐明頡 創建時間：2015-07-06
火災學的實例教程
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、控制系統及高級CFD應用**
**您將學到什么**
- 使用FDS和 PyroSim 構建完整的火災模擬模型，從幾何設置到結果解讀。
- 設計結構化計算網格，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建、運行和解讀火災模擬方面具備專業能力。
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 近年來，儲能電站火災爆炸事故屢見不鮮，據統計，過去一年全世界發生儲能電站火災超過30起。其中2017年8月至今，僅韓國就發生了29起儲能電站火災事故。此外，2019年4月19日，美國亞利桑那州發生電池儲能項目爆炸，導致4名消防員受傷，其中2名重傷。2021年4月16日下午，北京市豐臺區發生一起儲能電站熱失控起火事故，該事故造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷。火災造成直接財產損失1660．81萬元。可見儲能電站一旦發生事故是多么的可怕。
什么是儲能電站？
就當它是個大號充電寶，商用兆瓦級別，家用的容量小點。為方便安裝運輸，通常以標準集裝箱規格制作外包箱體。
儲能電站并不全是鋰電池，鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池都有，飛輪啊、超導啊也都是，抽水蓄能從理論上來說也是一種儲能方式，只不過現在鋰電池風頭正勁，占比較高。
電化學儲能產業具有廣闊前景，但在熱失控時，可能引發火災甚至爆炸，并產生有毒氣體，造成經濟損失和人員傷亡。工采網小編為大家介紹電化學儲能電站火災事故的特點及危害，并提出防控手段。
近年來，化石能源的日益枯竭和其所帶來的溫室效應，使得人們逐漸摒棄傳統能源。越來越多的新能源，例如太陽能、氫能、風能等，開始接入電力系統。其中，鋰離子電池由于其具有循環壽命長、工作電壓高、能量密度高、自放電小等優點，成為電化學儲能的主力。根據《國家發展改革委 國家能源局關于加快推動新型儲能發展的指導意見》（發改能源規〔2021〕1051號），到2025年，新型儲能裝機規模將達3000萬千瓦以上，因此，電化學儲能產業前景廣闊。
然而，鋰離子電池在過熱、過充放電和短路等濫用情況下，會發生熱失控。
展開 盡管巴黎圣母院的木屋頂從建筑學角度是非常美的，但一旦起火，容易充分燃燒，引起大范圍的破壞。
4. 結語，但并未結束
(1) 巴黎圣母院大火是人類文明的災難，也是防災減災工作者應該高度重視的火災事故。
(2) 本文的CFD模擬還原了巴黎圣母院火災蔓延過程，為火災事故調查提供了一種手段。但是，由于資料有限，此文模擬結果并不精細，有待進一步深入。
(3) 相信法國當局也會深入調查此次巴黎圣母院火災的詳細過程，為以后的文物防火提供重要借鑒，避免類似的悲劇發生。
最后，感謝我的研究生魏煒以及鄭銘和薛巧蕊在12小時內完成了此次模擬，贊！
來源：學術小鎮
展開 FDS（Fire Dynamics Simulator）是由美國國家標準技術局開發的火災動力學模擬工具。該軟件是基于計算流體力學（CFD）的一種數學模型，能夠模擬火災燃燒的能量驅動流體流動。
軟件采用數值方法求解一組描述熱驅動的低速流動的Navier-Stokes方程(粘性流體方程)，重點是計算火災中的煙氣流動和熱傳遞過程。該軟件把設定空間分成多個小的三維矩形控制體或計算單元，計算每個單元內氣體密度，速度，溫度，壓力和組分濃度用質量守恒、動量守恒和能量守恒的偏微分方程來近似有限差分，通過對同一網格使用有限體積技術來計算熱輻射、流體流動中存在湍流現象，追蹤預測火災氣體的產生和移動，并結合家具、墻壁、地板和頂棚的材料特性來計算火災的增長和蔓延。FDS處理湍流流動有兩種方法，即大渦模擬（LES）方法和直接數值模擬（DNS）方法。模擬求解后可獲得相關測量點處溫度、CO濃度、CO2濃度、O2濃度、能見度等一系列數據。
該模型的一部分應用在煙氣控制和水噴淋及探測器啟動的研究，另一部分用在民用建筑或工業火災的重現工作。隨著軟件技術的發展，模型算法的進一步完善，FDS提供了一種研究火災動力和燃燒基礎的工具，同時開始用于解決消防行業中實際的火災問題。隨著FDS源程序不斷更新不斷完善，在較新的版本中可進行火災過程和疏散過程的聯合模擬。當前，FDS的使用已經開始超出火災研究實驗室的范圍，進入了工程建設領域，可以作為建筑性能化設計的輔助工具之一。
下面以一個室內沙發被點燃發生火災后啟動噴淋的案例來演示這款軟件的使用流程。
1 啟動軟件
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→PyroSim 2018，啟動PyroSim程序。
（2）單擊主菜單File→New按鈕，新建項目。
展開 傳統火災探測報警器的探測原理為探測火災過程中的物理參量，如粒子密度、溫度、火焰的電學、光學特性變化等來進行火災識別，但很難可靠地發現早期火災。近年來的研究發現，火災燃燒過程中產生的多種氣體（如CO、CO2等）可以作為火災探測的標志。其中CO具有的陰燃燃燒釋放量高以及空氣中存在量低等特點，其在火災探測中具有不可替代的作用。
CO火災探測報警器的類型
目前根據CO傳感器類型主要有以下兩種類型:
（1）電化學CO火災探測報警器；
（2）半導體CO火災探測報警器；
CO火災探測報警器的原理
（1）電化學式CO探測器:
該類氣體傳感器可分為原電池式、定電位電解式、電量式、離子電極式4種類型。原電池式和定電位式傳感器均通過測量電解時流過的電流來檢測氣體的濃度。電量式氣體傳感器通過檢測被測氣體與電解質反應產生的電流來探測氣體濃度。離子電極式氣體傳感器通過測量離子極化電流來檢測氣體的濃度。
CO火災探測報警器中電化學一氧化碳傳感器(CO傳感器)TGS5042/TGS5141：
TGS5042是費加羅研發的可電池驅動的電化學一氧化碳傳感器，與現有的電化學式傳感器相比，有以下優勢：電解質是環保型的；沒有電解液泄漏的危險；一氧化碳可檢測濃度高達1%，操作使用溫度范圍廣(-5?C ~ 55?C)；對干擾氣體靈敏度很低。這種傳感器具有使用壽命長，長期穩定性好，精度高的特點，是數字顯示方面為數不多的可供選擇的理想傳感器。 OEM客戶會發現，通過每個傳感器的條形碼，可以單獨打印每個傳感器的數據，使用戶可以避免昂貴的氣體校準程序，還允許對個別傳感器進行追蹤。 CO傳感器TGS5042采用的是標準AA電池尺寸的外形設計。 TGS5042傳感器已在美國廣泛用于一氧化碳家用報警器中。
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CO火災探測報警器的類型
目前根據CO傳感器類型主要有以下兩種類型:
（1）電化學CO火災探測報警器；
（2）半導體CO火災探測報警器；
CO火災探測報警器的原理
（1）電化學式CO探測器:
該類氣體傳感器可分為原電池式、定電位電解式、電量式、離子電極式4種類型。原電池式和定電位式傳感器均通過測量電解時流過的電流來檢測氣體的濃度。
因此，為了防止電化學儲能電站火災事故的發生，需要有效的防控手段。
電化學儲能電站火災特點及危害
1.電池升溫快 溫度高
電池在濫用條件下，電池溫度逐漸升高，電池內部材料，如正負極材料、電解液相繼發生反應。這些放熱反應產生的熱量在電池內部慢慢積聚，使得電池溫度進一步升高，同時也促進了后續放熱反應的發生。
模擬平臺為美國國家標準與技術研究院NIST研發的軟件FDS（火災動力學模擬器）。圖中綠色部分為巴黎圣母院的木質屋頂，設置成可燃物，其他區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，長達數日才能給出結果。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，以最快時間給出結果。
FDS（Fire Dynamics Simulator）是由美國國家標準技術局開發的火災動力學模擬工具。該軟件是基于計算流體力學（CFD）的一種數學模型，能夠模擬火災燃燒的能量驅動流體流動。
軟件采用數值方法求解一組描述熱驅動的低速流動的Navier-Stokes方程(粘性流體方程)，重點是計算火災中的煙氣流動和熱傳遞過程。
