第四節(jié) 軟件選取

　　在火災(zāi)模擬中，影響模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，如所建模型和實(shí)際對(duì)象的接近程度、網(wǎng)格的劃分方法、網(wǎng)格的數(shù)量、網(wǎng)格尺寸、湍流模型的選擇、各種計(jì)算假設(shè)等因素都會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。同時(shí)，各個(gè)軟件都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，對(duì)某一工程設(shè)計(jì)，如性能化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，選擇最合適的軟件進(jìn)行火災(zāi)模擬是一比較重要的問題。

　　一、火災(zāi)模擬

　　在火災(zāi)模擬中，影響模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，如所建模型和實(shí)際對(duì)象的接近程度、網(wǎng)格的劃分方法、網(wǎng)格的數(shù)量、網(wǎng)格尺寸、湍流模型的選擇、各種計(jì)算假設(shè)等因素都會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。

　　加入考試網(wǎng)消防工程師QQ群：700466642  獲取更多備考資料

　　(一)概述

　　火災(zāi)數(shù)值模擬是火災(zāi)研究的重要內(nèi)容之一，但由于火災(zāi)現(xiàn)象的復(fù)雜性，近幾十年來才建立起描述火災(zāi)現(xiàn)象的實(shí)用數(shù)學(xué)模型�；馂�(zāi)模型主要分為確定性模型和隨機(jī)性模型。

　　火災(zāi)數(shù)值模型主要有專家系統(tǒng)(Expert System)、區(qū)域模型(Zone Model)、場(chǎng)模型(Field Model)、網(wǎng)絡(luò)模型(Network Model)和混合模型(Hybrid Model)。場(chǎng)模型也即CFD模型，主要是利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行模擬的模型，由于CFD模型可以得到比較詳細(xì)的物理量的時(shí)空分布，能精細(xì)地體現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)象，加之高速、大容量計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使得CFD模型得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　目前用于火災(zāi)模擬的CFD模型主要有：FDS、PHOENICS、FLUENT等。FDS是專門針對(duì)火災(zāi)模擬而開發(fā)的CFD軟件，簡單易用。因此，在火災(zāi)模擬中應(yīng)用最為廣泛。而PHOENICS和FLUENT是計(jì)算流體力學(xué)的通用軟件，將其用于火災(zāi)模擬需要有較強(qiáng)的流體力學(xué)背景。因此，應(yīng)用較少。目前，國內(nèi)外對(duì)FDS的研究比較多，而對(duì)于PHOENICS和FLUENT在火災(zāi)模擬方面的應(yīng)用研究則較少，對(duì)各個(gè)軟件的對(duì)比研究更少。

　　在火災(zāi)模擬中，影響模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，如所建模型和實(shí)際對(duì)象的接近程度、網(wǎng)格的劃分方法、網(wǎng)格的數(shù)量、網(wǎng)格尺寸、湍流模型的選擇、各種計(jì)算假設(shè)等因素都會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響，怎樣才能使模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確、可信是一個(gè)急需解決的問題。同時(shí)，各個(gè)軟件都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，對(duì)某一工程設(shè)計(jì)，如性能化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，選擇最合適的軟件進(jìn)行火災(zāi)模擬是一比較重要的問題。因此，為了能夠更好地利用CFD模型進(jìn)行火災(zāi)模擬，有必要對(duì)他們進(jìn)行系統(tǒng)研究。

　　驗(yàn)證(veriifcation)與確認(rèn)(validation)是評(píng)價(jià)數(shù)值解精度和可信度的主要手段。長期以來，CFD工作者對(duì)CFD軟件的驗(yàn)證與確認(rèn)工作一直沒有給予足夠的重視。因此，對(duì)于計(jì)算結(jié)果的可信度，CFD研究人員并不能給出明確的回答。這使得CFD軟件的使用者對(duì)CFD也持一種矛盾的心態(tài)，既想利用CFD這種快捷經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)工具，又對(duì)CFD的計(jì)算結(jié)果心存疑慮。如果有條件，可以結(jié)合數(shù)值計(jì)算和模擬實(shí)體火災(zāi)的方式，進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性。

　　(二)選取

　　從軟件易用性來看，火災(zāi)專用模擬軟件相對(duì)簡單，在應(yīng)用中不需要作復(fù)雜設(shè)置，使用者只需掌握火災(zāi)基本知識(shí)即可得到合理的結(jié)果，而通用CFD軟件對(duì)使用者要求較高，使用者需要對(duì)流體力學(xué)有深入了解，才能得到合理結(jié)果，因此，一般火災(zāi)模擬選擇專用軟件為宜。

　　利用火災(zāi)模型進(jìn)行數(shù)值分析前，應(yīng)著重考慮該模型對(duì)所模擬問題的適用性及預(yù)測(cè)能力，一般情況下，需要事先利用相關(guān)試驗(yàn)(已有其他人員進(jìn)行的試驗(yàn)或自己進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn))對(duì)模型進(jìn)行確認(rèn)研究。

　　從模擬準(zhǔn)確性來看，火災(zāi)專用模擬軟件由于是專門針對(duì)火災(zāi)開發(fā)，在概念模型層面相對(duì)于通用軟件更接近于真實(shí)模型，其數(shù)學(xué)模型更能反映火災(zāi)過程，因此，一般情況下，建議選擇火災(zāi)專用軟件，除非在專用軟件無法模擬的情況下才選擇通用軟件。

　　使用火災(zāi)專用軟件時(shí)，應(yīng)著重考慮網(wǎng)格獨(dú)立性、邊界條件設(shè)置對(duì)模擬結(jié)果的影響，使用通用軟件時(shí)，還應(yīng)考慮湍流模型、燃燒模型、輻射模型的選擇。

　　火災(zāi)模型的驗(yàn)證和確認(rèn)應(yīng)包含其對(duì)各類火災(zāi)參數(shù)的預(yù)測(cè)能力研究，如火場(chǎng)溫度、熱輻射通量、反應(yīng)產(chǎn)物的濃度變化(著重研究CO、CO2、煙密度等)、火場(chǎng)能見度等。

　　對(duì)于通用的CFD軟件，如PHOENICS、FLUENT、CFX等，由于其發(fā)展比較成熟，其程序一般能夠比較準(zhǔn)確的反應(yīng)其所確立的概念模型，因此，對(duì)這類模型可以著重于確認(rèn)研究;對(duì)于專用火災(zāi)模擬軟件，如FDS等，已經(jīng)進(jìn)行了較多的確認(rèn)和驗(yàn)證工作，對(duì)于比較常見的火災(zāi)場(chǎng)景，如建筑室內(nèi)火災(zāi)等，可以直接用來模擬分析，而對(duì)一些特殊的場(chǎng)景，如火災(zāi)在狹長雙層玻璃幕墻內(nèi)的蔓延模擬，還需進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)研究;對(duì)于自行編制的火災(zāi)模擬程序，模型的驗(yàn)證工作是至關(guān)重要的，應(yīng)確保程序能夠準(zhǔn)確反映概念模型。

　　用Steckler房間火試驗(yàn)，對(duì)PHONEICS和FLUENT進(jìn)行了確認(rèn)研究，就該類實(shí)例來說，F(xiàn)LUENT的準(zhǔn)確度要高于PHENICS，但就工程應(yīng)用來說，在選擇合理的湍流模型、輻射模型，并經(jīng)過網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)后，兩者的模擬結(jié)果一般可滿足工程需要。

　　火災(zāi)發(fā)展具有確定性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，火災(zāi)試驗(yàn)的影響因素較多，在選擇確認(rèn)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量選擇可重復(fù)性強(qiáng)的試驗(yàn)，并應(yīng)注重采用不同火災(zāi)場(chǎng)景下的火災(zāi)試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)研究，以便更好地檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目尚哦取?