室内烟雾扩散模拟技术研究与实现

发布时间：2020-12-05 02:45

　　由于火灾具有极大的破坏力和一定的危险性等特点,人们难以对火势和烟雾在室内的扩散过程进行分析和预测。因此,通过模拟烟雾在特定环境下的流动方向及浓度变化,不仅可以将烟雾扩散的过程动态地显示出来,而且可以反映出不同区域烟雾浓度的变化,从而对研究者清楚地掌握火场内烟雾的变化趋势有所帮助,对指导火灾安全、火灾扑救工作都具有非常重要的现实意义。针对室内边界条件复杂,空间固定等特点,本文提出一种基于边界约束的烟雾扩散模型,设计并实现具有真实感的室内烟雾扩散模拟系统,从而模拟出烟雾在室内流动的方向及浓度的变化。本文具体贡献如下:首先,针对目前大多数烟雾模拟方法局限于模拟烟雾本身,很少考虑烟雾在特定场景中的扩散情况,以及对烟雾扩散的细节模拟不够深入等问题,对以往的烟雾扩散物理模型进行分析和总结,并在此基础上提出一种基于边界约束的烟雾扩散模型,弥补以往的烟雾模型所忽略的外力及约束因素。然后,针对偏微分方程求解非常复杂并且很难求得精确解等问题,采用有限差分法求解建立的模型,着重分析了烟雾扩散模型中新加入的风力,空气阻力和扩散力后外力方程的求解过程。同时,考虑到室内边界条件的限制,将狄利克雷条件和诺依曼条件相... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

风力和空气阻力对烟雾运动的影响

a) 室内封闭场景下 b) 室内通风场景下a) The closed indoor scene b) The indoor ventilation scene图 4-3 风力和空气阻力对烟雾运动的影响Fig. 4-3 The influence of wind force and air resistance on smoke movement(2) 扩散力对烟雾运动的影响如图 4-4 所示，图 a 和图 b 分别为第 150 帧时未加入扩散力和加入扩散力后的室内烟雾扩散模拟效果图，通过对比发现，加入扩散力后，烟雾在保持原有运动规律的同时，在室内扩散的速度加快，在一定程度上提高了烟雾的模拟效率。

第 4 章 室内烟雾扩散模拟系统的设计与实现图 4-5给出了烟雾在室内无障碍物的场景下扩散的效果图，通过对第 100帧，第 200 帧和第 300 帧的烟雾模拟效果图进行观察可知，烟雾在室内无障碍物的情况下运动时，初期由于烟雾受到热浮力的作用不断上升，当烟雾到达天花板时，逐渐聚集形成烟雾层，由于重力的作用烟雾开始下降，当烟雾在运动过程中遇到墙壁时，能够沿着墙壁向下运动，可以真实反映出烟雾在现实生活中的运动规律。


本文编号：2898718