消防安全技術(shù)實(shí)務(wù)思考題答案之建筑性能化防火設(shè)計(jì)評估（5）

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第四章 建筑性能化防火設(shè)計(jì)評估

問：煙氣流動幾種計(jì)算模型的選用原則是什么？（紙P519、520電子P623-626）

答：1）經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌谄渌碚撃Ｐ湍軌驅(qū)鹪纯臻g以及關(guān)聯(lián)空間的火災(zāi)發(fā)展過程進(jìn)行估計(jì)，現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔ＞窒抻诿枋龌鹪纯臻g的一些特征物理參數(shù)，如煙氣溫度、濃度、熱流密度等隨時間的變化，因此經(jīng)常被稱為"局部模型"，常用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀忻绹鴺?biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）開發(fā)的FPETOOL模型、計(jì)算煙羽流溫度的Alpert模型和計(jì)算火焰長度的Hasemi模型。

2）區(qū)域模型-區(qū)域模擬是一種半物理模擬，在一定程度上兼顧了計(jì)算機(jī)模擬的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在消防工程界具有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用區(qū)域模型既可以在一定程度上了解火災(zāi)的成長過程，也可以分析火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散過程。目前，區(qū)域模型在建筑室內(nèi)火災(zāi)的計(jì)算機(jī)模擬中具有重要地位。如果無需了解各種物理量在空間上的詳細(xì)分布以及隨時間的演化過程，模型中的假設(shè)十分趨近于火災(zāi)過程的實(shí)際情況，可以滿足工程需要。但是區(qū)域模擬忽略了區(qū)域內(nèi)部的運(yùn)動過程，不能反映湍流等輸運(yùn)過程以及流場參數(shù)的變化，只抓住了火災(zāi)的宏觀特征，因而其近似結(jié)果也是較粗糙的。目前，世界各國的研究者建立了許多室內(nèi)火災(zāi)區(qū)域模擬的模型，以CFAST、ASET、BR12、CCFM-VENTS、CFIRE-X、COMPBRN、HAVARD MARD4以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的FAC3等為典型代表。常用的區(qū)域模型有ASET和ASET-B、HARVARD-V和FIRST、CFAST和HAZARD 1模型

3）場模型-場模型是通過把一個房間劃分為幾千甚至上萬個控制體，計(jì)算得出室內(nèi)各局部空間的有關(guān)參數(shù)的變化。計(jì)算時通常所使用的場模擬方法有有限差分法、有限元法、邊界元法等。導(dǎo)致這種模型的計(jì)算量很大，當(dāng)用三維不定常方式計(jì)算多室火災(zāi)時，需要占用很長的機(jī)時，一般只在需要了解某些參數(shù)的詳細(xì)分布時才使用這種模型。

4）場區(qū)混合模型-對于復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通常是采用區(qū)域模擬的方法。然而，實(shí)驗(yàn)研究表明：煙氣層在著火區(qū)域或相對強(qiáng)流動區(qū)域無明顯的分層現(xiàn)象，區(qū)域模擬的雙層假設(shè)不能成立，只有在附近相鄰的其它區(qū)域，煙氣層才有明顯的分層現(xiàn)象。這樣，若采用區(qū)域模擬的方法模擬復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過程則不能真實(shí)地反映其火災(zāi)的特性。如果使用場模擬的方法，由于場模擬是求解流體力學(xué)的基本控制方程，整場和多參量描述復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過程，需要大量的計(jì)算機(jī)資源和時間，目前，由于計(jì)算機(jī)容量和運(yùn)算速度等客觀條件的限制，很難對復(fù)雜多室建筑的火災(zāi)過程進(jìn)行場模擬，另外，在明顯的煙氣層分層區(qū)間采用場模型，也增加了計(jì)算機(jī)資源和時間的耗用。因此，基于試驗(yàn)研究的結(jié)果和計(jì)算機(jī)客觀條件等限制，我們采用場模擬的方法來研究著火房間或強(qiáng)流動區(qū)域，對其它非著火和非強(qiáng)流動區(qū)間采用區(qū)域模擬的方法。這種混合模擬方法，兼顧場模擬和區(qū)域模擬兩者的優(yōu)點(diǎn)，并能更為準(zhǔn)確地反映火災(zāi)過程的特征，這種方法簡稱為場區(qū)模擬方法。