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1、FDS软件的使用,汪箭 中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室,第一部分 FDS的简介,FDS的简介,FDS是由美国国家技术标准局NIST的建筑火灾研究室研究开发的场模拟软件。FDS程序是专门解决火灾动力学发展的大祸模拟通用程序，以独特的快速算法和适当的网格密度，可以较为快速准确地分析三维火灾问题。FDS程序可以借助其它三维造型软件和网格生成工具，处理较为复杂的几何场景。它除了可以解决火灾发生及烟气的发展和蔓延过程，还包含分析火灾探测器和水喷淋灭火系统的功能模块，可以研究相应的消防设施对于火灾发展的影响。同时，FDS具有开放的程序体系结构，良好的后处理能力，计算结果得到了较多实验的验证，并且
2、在火灾安全工程领域得到广泛的应用。 关于 FDS和Smokeview的所有文件可以在以下地址获得：http:/fire.nist.gov/fds ，在网页上可以找到关于新版本、缺陷修订等信息。(pyrosim),在此模型中，被模拟的房间或建筑被划分为若干小型三维矩形控制体积(Three-dimensional Rectangular Control Volumes)或计算元胞(Computational Cell)，其中计算的参数包括密度、速度、温度、压力和气体种类及浓度。根据质量守恒、能量守恒、动量守恒和物种平衡方程，FDS可用来模拟火灾气体和烟气的生成及运动。利用室内家具、地面材料、壁面材
3、料及顶棚材料的热物理性质，FDS就可以计算火灾的发展和蔓延。FDS计算需要的输入值包括建筑结构的几何描述、计算元胞的尺寸、火源的位置、火源的热释放参数、室内地面/壁面/顶棚材料和家具的热性能参数、房室门窗的尺寸和位置以及开放状态和时间(对火灾发展和蔓延影响很大)，其中室内材料的热性能参数又包括几何厚度(Thickness , m )、点燃温度(Ignition Temperature ,K ) 、单位面积的热释放速率(kW/m)、热传导系数(Thermal Conductivity Coefficient ,W/mK)和热发散系数(Thermal Diffusivity, m/s)，这些参数需
4、要通过试验或者理论推导获得。,利用 FDS对建筑内火灾发生发展状况进行模拟的基本程序可归纳如下:,FDS的特点,到目前为止，模型约一半的应用用于烟气控制系统的设计和喷淋喷头或探测器启动的研究，另一半用于住宅和工厂火灾模拟。在整个的发展过程中，FDS的目的是在致力于解决防火工程中实际问题的同时为火灾动力学和燃烧学的基础研究提供一个工具。,FDS的特点（一）,流体动力模型 FDS对于低速、热驱动流的定量计算使用那维尔-斯托克斯方程（粘性流体方程），其侧重于火灾产生的烟气和引起的热传导。核心运算是一个明确的预测校正方案，在时间和空间二阶上精确。湍流通过大涡流模拟(LES)的 Smagorinsky
5、来处理。 如果基础的数值表足够清晰，则可进行直接数值模拟(DNS)。 LES默认这种操作。,FDS的特点（二）,燃烧模型 对大多数应用来说，FDS使用一个混合物百分数燃烧模型。 混合物百分数是一个守恒量，其定义为起源于燃料的流动区给定点的气体百分数。模型假定燃烧是一种混合控制（mixing-controlled），且燃料与氧气的反应进行非常快。所有反应物和产物的质量百分数可通过使用“状态关系”燃烧简化分析和测量得出的经验表达式由混合物百分数推导出。,FDS的特点（三）,辐射传输 辐射传热通过模型中的非扩散灰色气体的辐射传输方程解决，在一些有限的情况下使用宽带模型。方程求解采用类似于对流传热的有
6、限体积法，因而，命名为“有限体积法”(FVM)。选用约100个不连续的角度，由于辐射传热的复杂性，有限体积解算程序在一次计算中需占约15的CPU处理时间。水滴能吸收热辐射，这在有细水雾喷头的场所起很大的作用，在其他设置喷淋喷头的场所也起到一定作用。这种吸收系数以Mie理论为基准。,FDS的特点（四）,几何结构 FDS 将控制方程近似为在直线的栅格（网格）上，因此用户在指定矩形障碍物时须与基础网格一致。 多网格 这是用来在一次计算过程中描述使用不止一个矩形的网格的一个术语。当使用单网格不易计算时，可采用多于一个的矩形网格。 边界条件 给定所有固体表面的热边界条件，以及材料的燃烧特性。通常，材料特
7、性储存于一个数据库中并可用名称调用。固体表面的热量和质量转换通常可使用经验公式解决，但当执行直接数值模拟（DNS）时可直接进行估算。,第二部分：FDS软件的使用,一. FDS的运行,FDS 的运行需要用描述给定火灾场景的所有参数创建一个文本文件作为 “输入”文件。后面的例子中数据文件为roomfire4.data, 其中“roomfire4”代表可以确定模拟的任意特征，与计算相关的所有结果输出文件名都具备这一共有前缀。 除了输入文件以外，还有一些包含模拟输入参数的外部文件。因为其包含描述一般材料和燃料的参数，每一个这样的文件被认为使“数据库”文件。通常数据库文件保存在一个独立的地址目录中。包含
8、具体喷头信息的文件也随数据库文件一起保存，数据库和喷头文件可以进行修改或移动。,创建FDS输入数据文件,输入数据文件为程序提供描述火灾场景的参数。参数编进相关变量组中。例如：SURF 组包含描述固体表面性质的参数。输入文件的每一行包含同组的参数，这些行用Fortran格式化语言写。每条记录以字符& 开始，其后紧随名录组的名称 (HEAD, GRID, VENT,等)，接下来是该组的相关输入参数，最后以一个斜线结束。 关于输入参数的细节在后面将详细介绍。,启动FDS计算,Windows操作系统下: 进入dos运行界面, 改变当前目录到FDS安装目录下, 然后键入以下内容运行 fds4 job n
9、ame .data job name为用户任意指定的算例名称，在输入文件中“job name ”字符串通常被指定为CHID。建议输入文件的命名和CHID相同，以便在一次运算中的相关文件名一致。 FDS 读取输入文件作为标准输入 (用符号“” 指明)，并在屏幕上写出鉴别后的输出结果和计算进程。诊断信息自动写入一个CHID. out 文件，屏幕输出信息将被写至这个文件。可以通过文本文档来查看CHID. out 文件。,Unix/Linux操作系统下: 改变地址名录至当前例子的数据文件，然后键入以下内容运行： fds4 job_name.err & 注意，在以上的后一种情况中屏幕输出结果保存在输出文
10、件 job name.err 中 ，其详细的诊断信息自动在文件CHID.out 中保存，其中CHID 是一个字符串，通常在输入文件中名字是 job_name。最好在后台运行以便不影响控制台进行其他工作。,进展监控,对于一个给定计算的诊断写入一个名为 CHID.out的文件。这个文件将给出CPU 使用和模拟时间，以便用户可以了解该程序的进展程度。在一次运算的任何时间都可以运行 Smokeview 直观地观测程序的进展。要在预定结束时间前停止运算，可以直接关闭程序，更好的方法是在同一个地址名录中创建一个CHID. stop文件。此文件的存在可以顺利的停止程序，并忽略Smokeview中为可视化存在
11、的流动变量。 因为计算可能会持续数小时或数天，FDS具备了重新起动功能。简单地说，即在计算运行的开始应指明重新起动文件的保存频率。如果发生意外打断计算，如停电，则计算将从最后一次保存的重新起动文件开始。,错误陈述,FDS计算可能会在用户预定地时限内结束，以下是常见错误陈述和诊断清单： 输入文件错误： 最常见的错误是输入误差，这些错误会导致程序即时中止并出现陈述如“ERROR: Problem with the HEAD line.” 对于此类错误，检查错误陈述指明的输入文件中对应的行。确定参数名正确拼写；确定在记录句末有一斜线“/”；确定每个参数键入正确的信息；确定未使用非 ASCII 语言字
12、符 ；确定省略号用于指定字符串；确定 在Unix/Linux 创建的文本文件不用于DOS环境，确定所有列出的参数都被使用新版的FDS经常放弃或改变参数以强制用户对旧的输入文件检查。,数值不稳定 在FDS计算中，时间步长缩短引起的数值误差有可能引起某些位置流动速度的增加。其中，代码中的逻辑决定了结果的非物理性并且在CHID.out.文件中的一个错误就中止计算。在这种情况下，FDS将忽略最后的Plot3D文件中止，使用户可检查计算范围内的错误。通常，假定计算范围内的大速度向量起源于小区域时易得到不稳定的数值。这种不稳定性的通常原因是网格单元的长宽比大于2:1、高速流经过小开口、热释放速率的突变或者
13、是流场内发生多个突变。依据不同的情况，解决的方法不同。应在报告之前尽量的诊断和修正问题，但这对于输入文件编写者以外的人员来说很难。,计算机资源不足,计算可能需要使用大于计算机 RAM的空间，或者输出文件用完了所有的磁盘空间。 在这种情况下计算机就不能保证产生有效的错误信息。有时计算机不能响应。用户应保证有足够的计算机资源运行计算。应注意，对于FDS计算没有多大和多长时间的限制，其取决于计算机的资源配置。对于开始任一新的模拟时都应尽量采用最合适的网格（grid），并在计算机允许范围内逐渐精炼，然后在规模上稍微缩小以便计算机可以顺利的运行。,泊松初始化,有时在运算的一开始就出现错误陈述 “Pois
14、son initialization.” 。在FDS中的压力方程是泊松方程，泊松解算包含一个在计算开始必须初始化的大的线性方程组，大多数情况初始化阶段的错误是因为控制格（grid）是少于四维的（2维计算的情况除外）。也有可能是在相关计算领域中的某些基础性错误。这种问题的解决，应检查输入文件的GRID 和外形尺寸(PDIM)行。,运行错误,计算机操作系统或者FDS程序都有可能出错。计算机操作系统把错误信息在屏幕上打出或者写入诊断输出文件。大多数错误信息对于对于大多数人即使是程序员来说都是难以读懂的，但尽管如此，有时当涉及到一些具体细节还是可以获得一些启示，比如 “stack overflow,”
15、 “divide by zero,” 或“file write error, unit=.”这些可能由于FDS得一些缺陷造成。例如，一个数字被0除、一个序列在分配之前使用或者其他得一些问题。在错误报告之前，应尽量简化输入文件消除错误。这一过程经常可明确计算特征并有利于故障排除。,二. FDS的输入文本,计算阶段的第一步是要形成一个输入文本，它提供了要考虑到的能描述情景的所有必要信息。最重要的输入文本限定了所有的长方形领域的物理尺度，限定了格子以及添加了几何学特征。第二步，火灾和其他边界条件必须详细说明。最后，有大量的参数，它限定了输入文本以致能获得许多重要的数量。输入的数据被写出的文本和被设计
16、好的记录参数所限定。每行的开始是字符&紧接着参数群（开头、表格、开口等等），接着是一个空格或逗号，用来划分那个群组中正确的输入参数列，每一列用一个分隔符(/)终止。注意那些被列出的参数，它们仅仅需要在预设时被更改，输入文本的结构以下给出:,&HEAD CHID=sample, TITLE=A Sample Input File/算例标题 &GRID IBAR= 24, JBAR= 24, KBAR= 48/网格划分 &PDIM XBAT0=-.30, XBAR=0.30, YBAR0=-.30, YBAR=0.30, ZBAR=1.2/给定计算区域 &TIME TWFIN=10. /计算时间
17、&MISC RADIATION= .FALSE. / &SURF ID=burner, HRRPUA=1000. /设定火源表面属性 &OBST XB=-.20, 0.20, -.20, 0.20, 0.00, 0.05, SURF_IDS=burner, INERT,INERT /建立障碍物，设定火源 &VENT CB=CBAT, SURF_ID=OPEN /建立通风口 &VENT CB= ZBAR, SURF_ID=OPEN/建立通风口 &SLCF PBY=0., QUANTITY=TEMPERATURE /输出文件，切面 &BNDF QUANTITY=HEAT_FLUX /输出文件,输入
18、文本参数可以是整数(IBAR=24)、实数(XBAR=0.30) 、数组实数(XB=-.20,0.20,.)、字符串(CHID=sample)、数组字符串(SURF IDS = burner INERT INERT)、或逻辑(RADIATION=.FALSE.)， 一个逻辑参数是“TRUE”或“FALSE”，Fortran程序中的语言元素。编制输入文件时要注意参数字符书写正确性，程序对参数字符是很敏感的，还要注意的是字符串可以被撇号（）或引号(“”)所包围。要小心不要把一个复杂文本编辑器编辑的文本直接复制到文本文档里，因为有时标点符号不能很好的在记事本翻译出来。 输入参数可能被逗号、空格或打断
19、线分离开，只要没有&和/出现评注和注意应能写入文件，除了对于那个特殊的参数组响应的适合参数。注意FDS是个敏感的程序，要严格的参照用户指南给出的参数格式，并且不要假设如果格式写错了程序就能有反应。往往会导致结果出现很大的误差。 实际上，很少有人开始就能写出一个输入文本。通常要选择一个简单输入文本为模板，当你要编辑某一类型的算例，就要首先挑选出一个与那种情况类似的输入文本摸板，再在里面改变参数。 FDS安装程序给出了五个这类的算例。,1. 文件标题及时间,工作命名：Head参数组 为建立一个输入文件首先要做出的是给出一个工作名称，Head包括2个参数，CHID是30个字符串或通常至少给出使用的字
20、符串标记输出文本。例CHID=fireroom4，它命名输入数据文件为sample.data，使输入文本能够与输出文本联系起来，在CHID中不允许有空格。TITLE是用来描述该算例的，最多可以有60个字符。 例句： &HEAD CHID=sample， TITLE= Sample/标题 设置时间限定：Time参数组 Time是一组参数的名称，用来定义模拟持续的时间和模拟的起始时间。通常，只需要用参数TWFIN来定义模拟计算的持续时间。参数TWFIN的默认值是1s。如果设定为0s，程序就只执行建模程序，用户可以快速的看到所建立的模型。 例句： &TIME TWFIN=10. /模拟时间,2. 网
21、格划分,所有的FDS计算必须在一个由许多矩形网格组成的界面下进行，每一个网格又都有其自身的线性栅格。所有的数据出/入端口都必须与数字化栅格相适应。建立一个栅格时，第一步是要通过PDIM名称列表组来具体指定每一矩形栅格的物理尺寸，给定计算区域；第二步是通过GRID名称列表组来具体指定每一连动方向的栅格数量范围，划分网格；最后，如果有需要，可以通过TRNX、TRNY、TRNZ命令来规定在23个连动方向的拉伸和收缩（详见帮助文档）。,定义计算机操作界面：PDIM名称列表组 PDIM是物理界面尺寸定义参数组的缩写。系统方向的定义符合右手法则，物理界面是一个简单的长方体，有平行边界。界面的原点是点（X0
22、，Y0，Z0），对角点坐标为（X，Y，Z）。默认X0，Y0，Z0值设为0，这样主界面的尺寸就可以直接从X，Y，Z轴上得到。 任何一个数据出/入端口如果超过计算物理边界将被删除。若所定义的实物超过主界面，虽然得不到出错提示，但是越界部分将不被显示。 例句： &PDIM XBAT0=-.30, XBAR=0.30, YBAR0=-.30, YBAR=0.30, ZBAR=1.2/ &PDIM XBAR=0.30, YBAR=0.30, ZBAR=1.2/,设置栅格单元尺寸：GRID名称列表组 GRID名称列表组包含了网格划分的尺寸。它一般包含X（表示I方向尺寸），Y（表示J方向尺寸），Z（表示K方
23、向尺寸）三个方向的尺寸，其中Z方向通常被设为垂直方向，而较长的水平边方向可被当作X方向。注意网格单元越接近于立方体越好，也就是说，网格单元长宽高应尽量接近。另外，因为计算中的一个重要部分必须使用基于傅立叶快速转换公式（FFTs）的泊松分布法，每个方向的网格划分尺寸应符合 这一模数，此处l，m，n均为整数。例如，64=26，72=2332，108=2233都是合适的网格尺寸，而37，99或109就不合适。 例句： &GRID IBAR= 24, JBAR= 24, KBAR= 48/,3. 设置系统参数,MISC是各类输入参数的名称列表组，数据文件中有且只能有一个MISC工具条。当范围或重要性不
24、同，该MISC参数均会有所不同。其中最重要的参数是一个可以决定究竟是进行大型涡流模拟（LES）计算，还是进行直接数字模拟（DNS）计算的参数。如果需要DNS计算，在MISC工具条上设置DNS=.TRUE.即可。 例句：MISC SURF_DEAULY=CONCRETE,REACTION=METHANE,DATABASE=c:nistfdsdatabase4.data/ 此操作建立了所有接触面均由混凝土制成（除非还有其它明显设置），燃烧物为甲烷的设置。另外混凝土、甲烷的定义及其它一些关键词的定义都可通过定义在database4中的输入文件中找到。,其它MISC输入参数及含义： DATABASE（
25、数据库）：该文件包含了关于表面材料及不同燃料燃烧参数等信息。该文件中若无一条目被使用，那么就不用再指明了。 DATABASE_DIRECTORY（数据库索引）：该文件指明了各数据文件的存放地点。若该索引被详细说明，那么就没有必要再去指定每一个数据库文件。此文件默认存在于database4.data文件中。 SURF_DEAULY（默认列表）：该文件指明了被认为是默认文件的地址。其默认值为未激活。SURF是一个用于描述单元及外表面特征的名称列表组。 REACTION（反应物表）：该文件指明了将被使用的各反应物的具体参数。默认值为丙烷，这意味着除非再加说明，系统默认燃料是丙烷。 TMPA（环境温度
26、）：显示环境温度（默认值为20）。 U0，V0，W0：表示速度初始值，单位为m/s。主要用于定义通过主界面的初始风速（默认值为0 m/s）。,TMPO：计算区域外的温度计算值（默认值为20 ）。 NFRAMES：每次计算中的数据输出间隔。一旦设定，所输出的数据时间间隔为TWFIN/NFRAMES。除非DTSAM在THCP、SLCF、BNDF名称列表组中详细说明（默认值为1000）。 DTPAR：拉格朗日粒子在实体表面插值时的时间增量。如果希望定义更多的插入体，应降低该参数的输入值（默认值为0.05s）。 DTSPAR：水喷淋插入粒子的时间增量（默认0.05s）。 DTSAM_PART：插入体数
27、据读入时的时间增量。这些数据都被保存在CHID.OUT文件中（默认值为TWFIN/NFRAMES）。 NPPS：每个计算单元中的可计算点的数量。每次计算输出存入CHID.PART文件中数据点的最大值（默认值为100000）。 MAXIMUM_DROPLETS：每个网眼中所能承受的最大可计算点的数量（默认值为500000）。,4. 模型的建立和燃烧的描述,大多数的计算基于详细的模拟空间几何形态和适用的边界条件。其几何形态矩形传热可燃障碍物描述，等等。空气或者燃料可由出口在流动区域注入或者流出。给每个障碍物赋值，描述出口的热特性以确定其边界条件。着火只是边界条件的一种。下面介绍如何规定边界条件。以
28、及需要由障碍物和出口来描述的边界条件。,4.1 设定边界条件：SURF,SURF是用来定义所有的固体表面或开口在流域范围内的边界条件。固体障碍物或出口的物理坐标在OBST以及VENT行中列出。障碍物和出口的边界条件在SURF行中描述。固体表面默认的边界条件是凉的，内部墙。如果仅需要这种边界条件，我们没有必要给输入表添加SURF行。如果要想得到额外的边界条件，必须每次都在边界条件中列出。每一个SURF行都由一个辨识字符ID=来组成，用它来引入障碍物或出口的参数。而每一个OBST和VENT行的特征字符为SURF _ ID=，用其指出SURF的ID包含了想要的边界参数。 SURF可以定义默认的边界条
29、件，以CONCRETE（混凝土）为例，在MISC行输入SURF_DEFAULT= CONCRETE，这样如果后面没有在OBST或HOLE行中定义SURF则就默认该表面边界条件为 CONCRETE 。,燃烧（混合模型） 燃烧是由基于固体表面中的高温分解燃料表面或出口与空气混后燃烧而建立的模型。这是默认的燃烧混合模型。给出单位区域的热时放比率或者燃料表面的热气化值。反应的化学剂量由MISC行的REACTION（反应）参数来建立。所有相关的燃烧过程不可明确表示，但都可由混合片段变量进行估计和说明。以上情况的例外是，有不参与反应的气体介入。他们只有稀释的作用。例如灭火器中的CO2和洒水装置中的H2O。
30、如果有限的燃烧模型比率取代默认混合模型值的话，见FDS用户指南5.6节。 以下是应用混合片段的方法来描述火灾中的参数列表：,HRRPUA 单位面积热时放速率（kW/m2） 这个参数用来控制燃料的燃烧比率，如果需要的是一个假定大小，那么只需要建立HRRPUA就可以了。 例：& SURF ID=FIRE，HRRPUA=500 . / 则所有表面参数设为SURF_ID=FIRE的表面热释放速率为500 kW/m2 。 HEAT_OF_VAPORIZATION （蒸发热）(kJ/kg) 它和HRRPUA只能选两者中的一个。它是指固体或着液体达到燃点温度（TMPIGN）后蒸发所需要的能量。若想通过火灾的
31、热反馈来控制燃料的燃烧速率则用这个参数而非HRRPUA。 一个SURF行不能同时指定HRRPUA和HEAT _ OF _ VAPORIZATION (kJ/kg).二者是相互抵触的两个参数。但是，如果HEAT_OF_VAPORIZATION指定的某一材料的表面，那么必须提供点火源来点燃材料。,BURN_AWAY 一旦物质的燃烧耗尽了，那么它可在计算中忽略，这种情况我们就建立BURN_AWAY=.TRUE. 。应用这个参数时要慎重，如果一个物质具有BURN_AWAY的特性，应该建立额外的存储量来存储附加的表面信息，矩形的阻碍物将被烧掉。如果BURN_AWAY被指定为SURF的参数，那么固体物质随
32、其SURF_ID一起从计算中忽略，如同每个网格的质量燃烧耗尽一样，网格的质量是网格体积与阻碍物密度的乘积。只要密度给定并且障碍物至少有一个网格宽，那么就能对材料应用BURN_AWAY。注意，若BURN_AWAY给定，则SURF应该是一个完整的目标，不仅是物质的一个面，因为如何处理固体障碍物的边缘是不清楚的，就是说不同的面有不同的SURF_ID。还应注意，易燃物数量等于密度乘以网格体积，为了与统一的网格尺寸相一致，若障碍物体积改变了，则FDS不能调整燃烧比率来进行说明。,热边界条件： 有四种边界条件：固定温度的固体表面，固定表面热通量的固体表面，热厚性固体以及热薄性的固体薄板，给定一边界条件，只
33、能选择以上的一种表面。 固定温度的固体表面：设定TMPWAL作为表面温度，以为单位。 固定表面热通量的固体表面：设定HEAT_FLUX作为热通量，其单位为KW/m3。若HEAT_FLUX是正的，则墙体加热环境空气，反之则反。 热厚性固体：固体表面升温是由于热辐射和周围空气对它的热对流。指定热传导率为KS(W/mK)，密度为(kg/m3)，比热为C_P (kJ/kg/K)，材料厚度为DELTA (m)。KS和C_P可作为温度的函数，密度不能作为温度的函数。热传导率的给定使计算时通过材料厚度进行一维热传导的计算，这个厚度并不与整个墙的厚度相同，而是衬层材料，它构成最外层的墙壁。,热薄性固体薄板：设
34、定C_DELTA_RHO，这个值是比热(kJ/kg/K）、密度(kg/m3)和衬垫厚度的乘积。计算中热薄性固体薄板假设整个薄板的温度相同。这三个参数可以使用C_P(kJ/kg/K)，DELTA(m)和DENSITY(kg/m3)来分别给出。注意，没有设定热传导率就默认按照热薄性固体薄板来计算。若热传导率给定，则按照热厚性固体来计算。 温度一定或者热通量一定的情况容易应用，但在真实的火灾中它的有效性是很有限的。大多数情况下，墙体、天花板和地板由很多衬层材料构成，最重要的是最外面的那层，FDS只考虑最外层的热特性。FDS假定这个衬层后面有空气间隙，且具有周围环境的温度，或与绝缘材料相连，以保证衬层
35、材料没有热损失，或者与墙的另一侧相连。在默认条件下，假定墙的衬板后有气体间隙，若墙的衬层后贴着绝热材料，就像钢板靠着纤维板，在SURF一行表达其方式为BACKING=INSULATED(隔热的)，它防止热量从材料后部流失，可以以家具为例进行应用。,近来Fleischmann和Chen（对室内装潢的可燃物质进行研究的两位学者）建议处理覆盖聚氨酯泡沫塑料板的织物，作为热量分散物质产生比热量集中物质更紧密的联系。如果使用热量分散物质的数据，则应调用属性为BACKING =INSULATED(隔热的)。最后，若想要使热量通过墙体传入墙后面的空间，应该使用属性BACKING= EXPOSED（暴露），以
36、上的特征只适用于厚度为一个网格的墙体和计算的定义域内另一面积非零的墙体。很明显，若墙体作为范围的外部边界，那么热量会在空隙中损失。 固体表面的发射率可以用EMISSIVITY，它是一个默认值。如果墙的衬层材料是可燃的，我们用TMPIGN来建立燃点即在此温度材料开始燃烧，单位为。它只适用于热薄性固体薄板或者热厚性固体。固体表面流出的热量具有传递性和辐射性。如果建立了TMPIGN，那么单位面积热释放速率HRRPUA和蒸发热HEAT_OF_VAPORIZATION也应给定。（默认：TMPIGN为5000 。除非这个设定这个参数否则燃烧不会发生）,下面是一小部分SURF行。这些以及其它的一些SURF行
37、在DATABASE（数据库）中建立。 &SURF ID = CONCRETE FYI = Thermally-thick material KS = 1.0 C_P = 0.88 DENSITY = 2000. DELTA = 0.2/ &SURF ID = UPHOLSTERY FYI = Assumed thermally-thin material C_DELTA_RHO = 1.29 BACKING = INSULATED TMPIGN = 280. DENSITY = 20.0 HEAT_OF_VAPORIZATION = 2500./ &SURF ID = SHEET METAL
38、FYI = Thermally-thin material C_DELTA_RHO = 4.7/,速度边界条件 边界速度的法向分量： 速度法向分量由VEL参数来控制。若VEL为负数，则流动是进入计算范围内的，反之则反。有时我们希望得到的是通风口（或燃烧面）的体积流而不是速度。假如是这种情况，则须给出体积流VOLUME_FLUX而不是速度VEL。体积流的单位是m3/s.若流体进入计算域，则为负。上述两个参数任取其一即可，不可同时使用。选择的依据要看给定的是确切的速度还是体积流。规定的通风口尺寸常常是变化的，因为它要与网格尺寸一致。要注意，对于定义VOLUME_FLUX参数的SURF语句只能在VE
39、NT中而不在OBST中。最后还应注意，如果给出了HRRPUA和 HEAT_OF_VAPORIZATION，就不要再定义速度。易燃气体以计算机得出的速度碰射出。 下面是一个简单的通风口的描述 &SURF ID = BLOWERL，VEL = -1.2，TMPWAL = 50./ 命名为 BLOWERL的风口将50 的空气以1.2m/s的速度吹入计算域。速度为正的话空气将被吸出，那么对温度进行定义就没有必要了。,边界速度的切向分量： 切向速度边界条件控制气体对固体表面的粘性。理论上，表面的切向速度为零，但在边界层内快速增加。对大多数实际问题，网格很粗糙，不能解决边界层问题，因为边界层仅有几毫米厚。
40、由于这个原因，在LES计算中，墙的切向速度由紧邻墙体的网格上的速度分量来建立。仅在DNS计算中墙体的切向速度为零。为了改变默认值，我们引入一个参数VBC。他得值在-1和1之间变化。若是固定墙，则取-1。若是活动墙取1 。在-1 到1之间的取值，表示部分滑动的情况，这种情况适用于网格很大的模拟。（对于LES计算，VBC的默认值是0.5，对于DNS计算，VBC的默认值是-1.0） 在排风口（或固体表面）的例子中，描述流体法向和切向分速度（或仅是切向分速度）是有可能的。法向分量被定义为VEL，就像上面介绍的那样。切向量是由一对实数定义的VEL _T。例如： &SURF ID = LOUVER，VEL
41、 = -1.2，VEL_T=0.5，-0.3/ 它表示的边界条件是：通过天窗向空间内以法向风速1.2 m/s送风，切向风速0.5m/s（在x向或y向）、-0.3 m/s（在y向或z向），这依法向量而定。,时间边界条件 在人一个计算的开始，环境、温度、流速处处为零，没有燃烧，所有分段的质量是相同的。在开始计算的时候，温度、速度、燃烧率等等都由他们的初始值开始增加这是因为数值变化不可能瞬时发生。默认的，每个量增加到他的给定值的时间我们粗略的估计为1秒。然而，为了给出的SUEF行中列出的边界条件，在变量开始变化或结束可通过详细时间记录来控制。上述边界条件可由已经给出的或用户自己设定的时间函数得到。有
42、两种方法可以设定时间函数。利用参数TAU_Q和TAU_V，利用RAMP语句。 参数TAU_Q和TAU_V指的是在TAU秒以后热量或流动到他们的给定值并保持不变。TAU_Q是单位面积热释放速率HRRPUA或墙体温度TMPIGN增长到设定值的时间。TAU_V是表面切向速度VEL或体积流VOLUME_FLUX增长到设定值的时间。如果TAU_Q为正，则热时放比率按照双取正切tanh(t/)规律增加。如果是负值，则HRRPUA符合(t/)2曲线。假如燃烧符合t2曲线，在TAU_Q秒后保持定值。对TAU_V同样成立。对两者来说，默认值是1秒。,若数量的增加不符合tanh或者 曲线，则用户必须根据燃烧历史记
43、录详细说明。这时，要建立一个RAMP_Q或者RAMP_V来表达一系列的特性从而给定数值增长的方程以供使用，然后在输入列表的某处用以下形式列出： &RAMP ID=rampname1,T=0.0,F=0.0/ &RAMP ID=rampname1,T=5.0,F=0.5/ &RAMP ID=rampname1,T=10.0,F=0.7/ &RAMP ID=rampname2,T=0.0,F=0.0/ &RAMP ID=rampname2,T=10.0,F=0.3/ &RAMP ID=rampname2,T=20.0,F=0.8/ 这里，T是时间。F指的是热释放速率、墙体温度、速度、质量分数等。应
44、线性插值得出中间的时间点。确保给定方程的起始时间是0，也就是点燃时间。注意，TAU和RAMP是相互排斥的。对于给定的界面数值，不能同随时使用这两个参数。,例：一个简单的通风口可以通过这个命令进行控制 &SURF ID=BLOWER,VEL=-1.2,TMPWAL=50. RAMP_V=BLOWER RAMP, RAMP_Q=HEATER RAMP/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=0.0,F=0.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=10.0,F=1.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=80.0,F=1.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP
45、,T=90.0,F=0.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=0.0,F=0.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=20.0,F=1.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=30.0,F=1.0/ &RAMP ID=BLOWER RAMP,T=40.0,F=0.0/ 引入气流的温度和速度的增加遵循相同的函数。二者也可由不同的TAU_Q和TAU_V分别控制。,温度边界条件 固体的定压比热（C_P）和导热系数KS可以应用RAMP语句来建立温度边界条件。比如：对于适合的高温墙体材料进行应用。 &SURF ID=MARINITE RGB = 0.70,0.70,
46、0.70 BACKING = EXPOSED EMISSIVITY=0.8 DENSITY = 737. RAMP_C_P=rampcp RAMP_KS=rampks DELTA=0.0254/ &RAMP ID=rampks,T=24.,F=0.13/ &RAMP ID=rampks,T=149.,F=0.12/ &RAMP ID=rampks,T=538.,F=0.12/ &RAMP ID=rampcp,T=93.,F=1.172/ &RAMP ID=rampcp,T=205.,F=1.255/ &RAMP ID=rampcp,T=316.,F=1.339/ &RAMP ID=rampcp
47、,T=425.,F=1.423/ 注意：以温度为依据的量，RAMP参数T代表的是温度，F指的是C_P或 KS的值。C_P和KS都不在SURF行给出，但可以用RAMP给出。人们可以把这两个量设为定值，或者使用RAMP命名，但不能同时应用这两种方法。,4.2 燃烧参数：REAC,有两个方法可以用来描述燃烧：一种是在SURF行中定义单位面积热时放速率HRRPUA。另一种是描述HEAT_OF_VAPORIZATION，在这种情况下燃料的燃烧速率是由表面的净热反馈决定的。以上两种情况要用到混合燃烧模型。REAC行用于设定燃料和氧气相反应的多种相关的参数。注意，如果只有火灾的的热释放速率由HRRPUA给出
48、，那么这些参数不必修正。但是，如果燃料的燃烧行为由HEAT_OF_VAPORIZATION来描述，那么要慎重的选择适当的反应参数。通常，我们在MISC行从DATABASE（数据库）通过REACTION（反应）参数选择一个反应。 通常，我们在MISC行从DATABASE（数据库）通过REACTION（反应）参数选择一个反应。,下面给出REAC行的参数： ID 命名反应的一串字符。若REAC行包含在输入数据文件内，则它具有可选性；若REAC行包含在DATABASE文件中，则它具有强制性。 NU_O2 ，NU_H2O，NU_FUEL，NU_CO2 烃类燃料发生反应的理想系数。NU_FUEL的默认值是
49、1。所有的系数都是正的。默认是的丙烷的以上数值。 MW_FUEL 燃烧的分子量（g/mol），默认的是丙烷的分子量，其值为44 g/mol。若燃料中含氮，则引入参数FUEL_N2来说明其中有多少摩尔的N2。以C3H7NO2为例，其中FUEL_N2=0.5。因为其中有一半的N2分子。 SOOT_YIELD 燃料的质量转移成烟气微粒的分数。注意，这个参数不能应用于生成煤烟和氧化作用的情况，但是适用于火灾产生烟气微粒的净生成物（默认值是0.01）。 CO_YIELD 燃料质量转化为CO的分数Yco.通常，这个参数不必建立，因为默认的Yco与SOOT_YIELD（Ys）相关联。,下面给出一个REAC行例子。可以在DATABASE文件中看到更多的REAC行。 &REAC ID=METHANE MW_FUEL=16 NU_O2=2. NU_CO2=1. NU_H2O=2. RADIATIVE_FRACTION=0.15 SOOT_YIELD=0.01/ &REAC ID=WOOD SOOT_YIELD =0.01 NU_O2 =3.7 NU_CO2