基于移动物体的建筑火灾数值模拟研究及应用

摘要

火灾事故的频繁发生，给社会民众的生命财产安全和国家的和平安定都带来严重损害。火灾数值模拟由于其周期短、可重复性高，近年来受到广泛的应用，得到迅速发展。火灾发生时，移动物体会对火势蔓延产生很大影响。因此对基于移动物体的建筑火灾数值模拟进行研究就显得非常必要。本文针对这一研究主题，提出了基于大涡模拟和线性规划的火灾重构方法，提出了基于移动物体的建筑火灾数值模拟方法，并将这些方法运用到建筑火灾事故的实例应用中，提高了火灾事故数值模拟的准确率和效率。
　　首先，本文提出了基于大涡模拟和线性规划的火灾重构方法。该方法将大涡模拟和线性规划法相结合，把求解问题局部线性化，结合最小二乘法，可求解火灾模拟中的未知参数。运用该方法于某农贸市场火灾事故重构，将数值模拟结果与勘察报告资料进行比对，较为吻合，从而验证了该方法的有效性。
　　其次，本文提出了基于移动物体的火灾数值模拟方法。首先基于固-气碰撞理论建立了移动物体对火场影响的数学模型。将固-气碰撞理论与燃烧、流体动力学等理论相结合，可求得火场中受移动物体影响后的气体速度和温度，建立其与时间、物体移动参数的数学关系模型。开发了基于移动物体的火灾计算系统软件。采用Fortran语言编写了计算模块，并与 FDS源代码进行结合形成基于移动物体的火灾计算系统。运用VB语言编写了图形操作界面。该系统可以实现移动物体对火场影响的可视化模拟。并针对典型工况进行了模拟，分析了移动物体对火场影响的因素和规律，验证了该方法的可靠性。
　　最后，本文将这两种方法运用到某火灾实验的数值模拟分析中。首先运用基于大涡模拟和线性规划的火灾重构方法求得火灾实验中的重要参数，建立合理的火灾数值模型，并设置了是否有物体移动两种工况。将基于移动物体的火灾数值模拟方法运用到包含移动物体工况的模拟中，并与火灾实验勘察数据进行比对，发现其模拟结果比无物体移动工况下的数值模拟结果更加吻合火灾实验勘察数据中的火势发展与温度变化，从而验证了本文所提方法的可靠性与实用性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义及主要内容

第二章 火灾数值模拟理论基础

2.1 火灾数值重构模型

2.2 燃烧理论

2.3 流体动力学理论

2.4 模拟工具软件简介

2.5开发工具简介

2.6 本章小结

第三章 基于大涡模拟和线性规划的火灾重构方法研究

3.1 大涡模拟场模型和线性规划

3.2 基于大涡模拟和线性规划的火灾事故再现

3.3 火灾实例重构

3.4 本章小结

第四章 基于移动物体的火灾数值模拟方法研究

4.1 移动物体对火场影响的数学模型

4.2 基于移动物体的火灾计算系统软件开发

4.3 基于移动物体的火灾典型工况模拟

4.4 基于移动物体的仓库火灾模拟实验及数值再现

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 主要创新点

5.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与课题及学术成果