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1、对流传热到天花板的火羽流被广泛研究在适度的尺度这样,火焰辐射可能是微不足道的。阿尔珀特专门只检查了对流加热,22日与你和Faeth23研究和Kokkala,24包括火焰效果。一般来说,对流效应将改变沿着天花板、墙壁和地板,依赖于自然和位置的火。在某些情况下一个“绝热壁温”已经被适当地介绍因为,驱动对流传热局部不是散装气体层温度但当地边界层温度,这是没有明确计算。对流热传递数据的墙壁和地板的火车厢或房间以外的防火分区没有发达。因此,大多数区域模型使用估计从自然对流的相关性。辐射传热:辐射传热理论的发展需要的是足够的组件的区域模型。然而,这个理论并没有得到充分发展预测火焰辐射从第一原理没有很复杂的
2、建模的煤烟和温度发行版。因此,火焰辐射是归属于实证实践。辐射从烟层更容易对付的上下文内统一的产权气体层为区域模型。一个未解决的难题是房地产数据的可用性来确定贡献的烟颗粒层的辐射特性。在第7章提出的讨论可以用来开始发展的辐射方程所需的区域模型。传导传热:辐射和对流传热的气体必须平衡了传导传热通过边界表面。这需要一个数值解决偏微分方程结合常微分方程时间描述能量守恒和质量的气体层。通常带模型只考虑一维导电,它应该适合大多数应用程序。大多数多室模型没有考虑通信通过传导到下一个com -分手,相反把结构元素作为热厚。原则上,没有困难与发展中准确的算法通过边界元素传导任何条件。更多的信息,读者被称为Roc
3、kett和Milke.2510 2 5嵌入式子和未解决的现象详细的物理,一个可以包括在一个区域模型仅限制于我们的知识和的想象力。该区域模型可以非常多才多艺在适应新的物理即使它出现符合统一的属性层假设。通过类比关系无粘性流和边界层流动分析中的空气动力学的身体,图层的属性可以被视为一阶近似为高阶分析。火焰和边界层现象在隔间可以计算通过对图层的属性是无限的水库。这些现象可以计算在主图层属性计算。例子的嵌入式现象如图10.7。虽然燃烧区域被认为是可以忽略的卷带模型突变,火焰高度计算随着速度和温度分布在一个轴对称火羽流(见第4章)。其他嵌入式现象可以包括天花板喷射,计算温度分布在天花板,沉积的煤烟和其他
4、产品的表面燃烧,加热降解的结构元素。一些重要的现象是缺席的考虑区域建模方法火。这些包括(1)排气火焰;(2)瞬变流动在走廊;(3)轴流(见图10.8)。这些现象需要更多的研究,和新策略,使他们列入一个区域模型。火焰为火发泄显著增长到下一个空间,通常遵循闪络。信息关于他们的传热和范围需要被计算。瞬态走廊流是重要的在分析烟气沿着长长的走廊。当前区域模型方法将产生一个瞬时层,将下降,但实际过程产生一个瞬态顶棚射流。流竖井涉及的交互羽与墙壁、压力-驱动的影响,和湍流混合。10 2 6关于建筑几何限制双区模型构建的目的是把一个火一个外壳或一系列的连接附件的大小代表国内房间、办公室、或小型工业单位。模拟显
5、示良好的协议与实验进行这样的附件,为防火分区和最近的房间。这个区建模技术可能不适合其他一些几何图形,如烟雾房间里有一个很大的扩散长度,宽度比或房间的水平长度垂直长度比非常大或非常小的。模型,然而,经常应用于这样的几何图形,和用户必须清醒地意识到建模的局限性。一个简短的讨论这些影响对于一些典型的几何图形下面给出。一个非常弱的火在一个大空间不一定会导致双区情况。一个弱羽可能无法驱动消防气体到天花板,一层可能形成于年代中期建筑的高度和不低于天花板。天花板通风可能因此不有效地散发的烟雾。在双区模型的羽将,然而,瞬间送烟的天花板,它将瞬间蔓延到整个天花板。该模型图10.7例子的嵌入式现象。(改编自Qui
6、ntiere12。 同意。)图10.8重要的现象的例子缺席区模型。(改编自Quintiere12。同意。)将考虑到上限,从而预测少通风危险的处境比吗这个场景可能发生在一个真正的火灾情况。为了使用仿真结果设计目的,用户必须知道这个限制,可以证明其设计。同样,一个相对较大的火灾在小围栏不一定会导致双区情况。强大的气流干扰区,和一个“摊位”情况可能结果。一个非常大的火在动物园用相对较低的天花板可以导致的情况火焰到达天花板和横向延伸下。羽的模型的预测将到相当大的程度上适用于这个场景,因为夹带发生低于热气体层。然而,区域模型假定下的烟雾层形式瞬间整个天花板,冷却的烟由于接触天花板将开始在那个时间。这可能
7、结果在一个稍微太冷和薄层的烟,而在现实中,烟雾将形成一个“枕头”在天花板上方水平,火可能传遍整个天花板在速度相对缓慢。如果一个洒水器被激活时,该区域模型不再有效。喷淋流量会冷却烟和混合的双区类比不再有效。上面的仅仅是少数几个例子的几何形状,该区域模型的局限性必须认真考虑。在大多数情况下,用户必须简化设计相对复杂的建筑几何允许输入区模型。知识的应做的可以实现只有通过测试模型在许多情况下,牢记前面讨论的假设在这一节中。由于限制,比较运行必须为每个场景,结果必须被仔细检查。模型只能被视为一种许多工程工具检测不同的设计选择。设计必须一如既往,基于工程估算、实用经验和常识。10.3计算流体动力学模型最复
8、杂的确定性模型来模拟外壳火灾被称为“场模型”或“CFD模型”(计算流体动力学模型)。在这一节中,我们给出一个通用descrip -CFD模型的优化模型,并讨论了应用尤为重要,火灾问题,即。,子为湍流,传热和燃烧。10 3 1一般在消防应用CFD模型CFD建模技术是用于广泛的工程学科,是基于一个完整的、随时间变化的,三维的解决方案的基本守恒定律。这个因此在考虑体积分成大量的subvolumes和基本法律质量守恒、动量守恒和能量守恒被应用到每一种。图10.9(从第1章)展示了一个示意性的可能做一个火一个外壳。执政的守恒方程为质量、能量和动量包含进一步未知的粘性应力组件在流体流动。替换这些进动量方程
9、收益率所谓的n - s方程,和解决这些是中央到任何CFD代码。几个CFD代码,开发用于广泛的工程学科,是在的存在,许多人可以在市场上买到。一个CFD代码包含一个预处理器。这里的几何定义感兴趣的区域,网格生成的,物理和化学现象需要建模的选择,流体性质,并给出了边界条件指定。一个解算器。这里的未知的流变量对于一个新的时间步逼近。这个离散化近似代换到管理流方程和代数方程进行了求解。一个后处理程序。这允许一个显示两个输入和输出数据以各种形式(网格显示、矢量图,等高线图,2 d和3 d表面情节,粒子跟踪,等等)。一个相当数量的商用软件是常用的为了这个目的。工程应用CFD不仅涉及流体流动和传热,但还可以包
10、括燃烧、相变、多相流动和化学反应等等pro -后产生。这样的复杂流系统是熔炉,内燃机,热交换机等。足够的物理模型,在考虑适当的问题必须被纳入一个CFD代码如果要成功应用。非常广泛的工程问题,可通过CFD模型是这样的没有单一的CFD代码可以将所有的物理和化学过程的重要性。存在,因此,只有少数CFD代码,可用于问题涉及火灾。这些,反过来,使用许多不同的方法来的子过程需要建模的。最重要的是这些子流程的湍流建模辐射和烟尘建模燃烧建模CFD模型目前主要用于消防火灾研究;他们用在消防安全工程设计是有限的,由于专业知识所需的流程上面列出的。建立这个问题,执行它,并提取输出也可以是非常耗时的,但这些问题目前正
11、在解决的售前和postprocessors发展为一个数量的CFD吗规范消防。因此,核心课程的消防安全工程通常不包括在-深度研究的物理和化学用于CFD模拟火灾在附件。然而,CFD建模可能在某些情况下是唯一的方法来进行特定的设计问题。下面的章节将会因此不明确状态方程用于子流程上面列出的,但我们将给一个简短的描述这些。感兴趣的读者是指Cox26和Stroup27对于一个更详细的描述。10 3 2湍流的子工程实践中遇到的所有流动变得不稳定超过一定雷诺数并且据说湍流。速度波动与湍流产生关联图10.9计算流体动力学模型把外壳到大量的subvolumes(复制从第1章)附加应力对流体,所谓的雷诺应力方程,描
12、述了由雷诺-组织的。此外,湍流流动的可视化揭示旋流结构,所谓的湍流漩涡,与广泛的长度尺度。高雷诺数湍流流动的可能包含与长度尺度的旋涡降到10 - 6 m。此外,汇率的波动可以发生非常快,可以有一个频率为10 kHz。一个直接的解决时间依赖的n - s方程完全湍流流动高雷诺数因此需要非常精细几何网格和非常小的时间步骤。计算需求直接解决方案从而真正非凡的和必须等待主要发展的计算机硬件。因此必须做出某些假设,以避免需要预测的影响,每个和每一个涡的流。几个这样的湍流建模方法已经用过,主要取决于类型的工程需要解决的问题。k-的模型是基于实测雷诺方程。两个传输方程(偏微分方程或PDEs)是解决,一个用于湍
13、流动能,k,另一个用于耗散率的湍动能,。这个方程使用包含一个数量的经验常数,确定实验结果。一个数量的变化k-模型的存在,所谓的标准k-模型被广泛用于CFD代码。一个的该模型的主要缺点是,涡流粘度被认为是相同的所有雷诺应力,因此湍流没有特定的方向。加气的质量到火羽流控制相当程度的过程烟灌装,浓度和温度在热层,燃烧的火焰。因为引力仅适用于在垂直方向,标准的k-模型没有模型正确羽夹带。这是通过使用一个k-部分修正模型浮力的修改。Tuovinen报道,即使这种类型的k-模型预测一个羽不扩大与高度,因为它在现实中。通过进一步改变的28中的常数雷诺应力方程,羽属性可以配合实验数据更好,但这在其他地区造成不
14、利影响,如在顶棚射流。进一步的工作显然是需要在湍流模型用于CFD代码应用火。任何进展在这种建模必须建立在相关的实验数据,为广泛的流的情况。另一个常见的方法称为建模湍流大涡模拟,按时间的流动方程进行了求解,不仅为平均流量也是最大的漩涡,和一些影响较小的旋涡正在考虑的。这种技术已经被使用模型没有燃烧室外羽,但模拟的火灾现象在一个隔间是稀缺的。实现大涡模拟湍流模型到一个CFD代码是一个附带-bersome和昂贵的操作,因为大量的其他子过程必须彻底改造和新连接器可能要求。大涡模拟是非常昂贵的有关计算时间和目前不考虑经济实用的模拟在消防安全工程。但这可能,在未来,是最好的选择k-建模为火的应用程序。10
15、 3 3辐射子的辐射传递方程是一个积分微分方程,它的解决方案即使对于一个维,平面、灰色中是非常困难的。在火灾、多维燃烧系统包括高度非等温、非均匀介质中光谱变异的辐射性质的介质必须占。因此非常有必要引入一些简化假设和之间达成妥协的准确性和计算工作量。问题是通常分为两个部分:首先,一个合适的解决方法必须选择积分-微分方程,其次,假设必须在辐射性质的介质(燃烧气体和颗粒)解决方法:方法求解积分-微分辐射传热方程可分为以下类别:精确模型统计方法带状方法通量方法混合方法最理想的解决方案是其准确的方程封闭解。确切的解决方案的辐射传递方程可以,然而,只有获得一些简化假设后,如均匀辐射性质的介质和齐次边界条件。con -考虑到在大多数工程系统介质非齐次和辐射特性是光谱表明,准确的解决方案不
