建筑火灾数值模拟中计算区域的定量选取及依据

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。