建筑火灾数值模拟中计算区域的定量选取及依据

发布时间：2017-08-16 10:27

  本文关键词：建筑火灾数值模拟中计算区域的定量选取及依据

  更多相关文章： 建筑火灾 数值模拟 FDS 计算区域 定量分析 相关性分析 无量纲分析

【摘要】：随着现代新型建筑的结构形态日新月异,火灾防控与扑救难度也日益增加。因此,对火灾科学的研究越来越受到人们的重视。为了弥补实体实验重复性差、成本高等不足,计算机数值模拟技术应运而生。在经历了数十年的发展与优化后,现已成为最为主流的火灾研究与应用工具之一。在数值模拟过程中,计算区域(模拟边界)的合理设置将直接影响模拟结果的准确性与可靠性。因此,计算区域的选取问题也越来越受到国内外学者的重视。然而,由于受到定量分析难度大、缺少定量分析方法、影响计算区域选取的火灾因素多等难题的限制,现已开展的相关研究仍为之甚少或大多局限于定性分析层面。本文以火灾动力学模拟软件FDS为研究工具,基于前人研究工作,针对火灾由燃料控制向通风控制转变的过渡区域内的计算区域选取问题开展研究工作。为解决上述研究难题,本文尝试引入了新的相关性分析方法,依此总结得出计算区域定量选取依据,并进行计算验证。进而运用该选取依据探讨了房间长宽比与计算区域间的定量选取关系。致力于为过渡区域火灾特性的模拟研究提供数据参考与理论支持。本文主要研究内容包括：1.设置模拟实验对比建筑火灾过渡阶段内各火源功率条件下,计算区域扩展对模拟结果的影响。通过相关性分析方法计算得出相邻扩展量工况的相对误差值及其导数绝对值,并绘制折线图,以此作为计算区域选取的基础。结论显示,上述数值均随着计算区域的扩大而产生明显波动且趋于收敛,进而设定收敛判据,并将该判据作为计算区域的选取依据。进而初步验证了该选取依据的可靠性。2.设置模拟实验对比建筑火灾过渡区域内,房间尺寸(房间长宽比)变化对计算区域选取的影响。运用上述相关性分析方法与计算区域选取依据,并结合房间特定平面内速度(矢量)分布图分别进行选取。再就选取结果进行无量纲分析对比。汇总分析相关结论建立过度区域范围内、不同房间尺寸(房间长宽比)条件下,计算区域扩展量的选取依据。
【关键词】：建筑火灾 数值模拟 FDS 计算区域 定量分析 相关性分析 无量纲分析
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU998.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号说明11-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 建筑火灾数值模拟简介13-15
• 1.2.1 经验模型14
• 1.2.2 网络模型14
• 1.2.3 区域模型14-15
• 1.2.4 场模型15
• 1.2.5 场区网复合模型15
• 1.3 建筑火灾场模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)简介15-18
• 1.3.1 FDS软件简介15-16
• 1.3.2 基本控制方程16-18
• 1.4 研究现状18-20
• 1.4.1 现状简介18
• 1.4.2 国内外研究进展18-20
• 1.5 本文的研究工作20-22
• 1.5.1 研究内容20
• 1.5.2 研究思路20
• 1.5.3 研究目标20-21
• 1.5.4 章节安排21-22
• 第2章 实验设计及数据处理简介22-25
• 2.1 几何模型设计22
• 2.2 网格划分依据22-23
• 2.3 模拟结果与数据处理23-25
• 2.3.1 相关性分析23
• 2.3.2 无量纲分析23-25
• 第3章 数值模拟计算区域选取判据研究25-33
• 3.1 过渡区域简介25-26
• 3.2 数值模拟实验分组26
• 3.3 数据处理与判据设定26-30
• 3.4 判据验证30-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第4章 不同房间尺寸对计算区域选取的影响33-96
• 4.1 数值模拟实验设计33-35
• 4.1.1 几何模型33-34
• 4.1.2 实验分组34-35
• 4.1.3 结果处理35
• 4.2 房间尺寸沿x轴方向扩大35-61
• 4.2.1 Scene 1:3.5m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)35-38
• 4.2.2 Scene 2:4.0m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)38-41
• 4.2.3 Scene 3:4.5m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)41-44
• 4.2.4 Scene 4:5.0m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)44-46
• 4.2.5 Scene 5:5.5m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)46-49
• 4.2.6 Scene 6:6.0m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)49-52
• 4.2.7 Scene 7:6.5m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)52-54
• 4.2.8 Scene 8:7.0m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)54-57
• 4.2.9 Scene 9:7.5m(L)×3.0m(W)×2.28m(H)57-59
• 4.2.10 小结59-61
• 4.3 房间尺寸沿y轴方向扩大61-86
• 4.3.1 Scene 10:3.0m(L)×3.5m(W)×2.28m(H)61-63
• 4.3.2 Scene 11:3.0m(L)×4.0m(W)×2.28m(H)63-66
• 4.3.3 Scene 12:3.0m(L)×4.5m(W)×2.28m(H)66-69
• 4.3.4 Scene 13:3.0m(L)×5.0m(W)×2.28m(H)69-71
• 4.3.5 Scene 14:3.0m(L)×5.5m(W)×2.28m(H)71-74
• 4.3.6 Scene 15:3.0m(L)×6.0m(W)×2.28m(H)74-77
• 4.3.7 Scene 16:3.0m(L)×6.5m(W)×2.28m(H)77-79
• 4.3.8 Scene 17:3.0m(L)×7.0m(W)×2.28m(H)79-82
• 4.3.9 Scene 18:3.0m(L)×7.5m(W)×2.28m(H)82-85
• 4.3.10 小结85-86
• 4.4 无量纲分析86-88
• 4.5 无量纲模型的验证88-94
• 4.5.1 Scene 19:3300kW:5.0m(L)×3.0m(W)×2.28m(H):α=1.6667>0.588-91
• 4.5.2 Scene 20:3200kW:3.0m(L)×7.5m(W)×2.28m(H):α=0.4000<0.591-94
• 4.6 本章小结94-96
• 第5章 结论与展望96-98
• 5.1 主要结论96-97
• 5.2 文章主要创新点97
• 5.3 下一步工作展望97-98
• 参考文献98-100
• 附录100-103
• 致谢103-104
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果104

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本文编号：682773