厨房火灾数值模拟及分析

2023年4月24日发(作者：新中式客厅装修效果图图片)

实验名称： 火灾数值模拟

一、实验目的

1.1 通过实验掌握 FDS 和 pyrosim2010 软件基本操作并能建立模型进行模拟实

验。

1.2 通过实验分析和了解火灾烟气浓度以及温度场分布等火灾参数的变化规律。

二、实验设备和仪器 高性能计算机（一台）

三、实验内容

通过FDS和pyrosim2010命令语句的学习，编写模型程序和设置相关参数（参

数包括：燃烧物质热释放速率， 空间环境温度，探测器的布置， 设置计算截面

等） ， 试运行并调试，最后对计算数据进行处理分析。

四、实验原理及步骤

4.实验原理

1

FDS（Fire Dyn amics Simulator）是由美国国家标准和技术研究院（NIST）

研发 的火灾模拟软件， 它是将模拟空间划分成许多微元控制体以微元控制体为基本

单 位。模拟计算的精度主要与微元控制体的数量有关， 而微元控制体的数量又主要

受计算机能力的限制。 FDS 是以 N —S 偏微分方程为基础进行数值求解，给出 较

详细的各种物理量 （温度、压力，速度、密度、热释放速率、烟雾组分等 ） 的

分布。

4.2 实验步骤

打开安全数值模拟实验室桌面的文件 - （用记事本的打开方

式） ，找到下列命令行，依次输入下面命令：

4.2.1 模拟时间设置，注意逗号（模拟 100 秒）

&TIME T_END=100, SYNCHRONIZE=.FALSE./

4.2.2网格划分命令，IJK代表XYZ轴，

&MESH ID='MESH', IJK=50,70,30, XB=0.00,5.00,0.00,7.00,0.00,3.00/

4.2.3 基本材料参数的设置

4.2.3.1 地毯材料参数设置，

&MATL ID='CARPET_MATL',

SPECIFIC_HEAT=9.00,

CONDUCTIVITY=0.1600, DENSITY=750.00,

HEAT_OF_COMBUSTION=2.2300000E004,

N_REACTIONS=1,

HEAT_OF_REACTION=2.0000000E003,

NU_FUEL=0.62,

N_T=1.00,

THRESHOLD_TEMPERATURE=290.00,

N_S=1.00,

REFERENCE_RATE=0.1000,

REFERENCE_TEMPERATURE=100.00/

4.232火源设定

& SURF ID='burner',

COLOR='RED',

HRRPUA=3.0000000E003/

4.3.3.3温度探测器布置

（注：XYZ后的数据分别表示XYZ轴三个方向上参照坐标原点的坐标）

&DEVC ID='HD 1', PROP_ID='Default', XYZ=2.50,3.50,1.70, LATCH=.FALSE./

4.3.4温度和二氧化碳“切片”布置 & SLCF QUANTITY='TEMPERATURE',

VECTOR=.TRUE., PBX=2.50/ & SLCF QUANTITY='carbon dioxide',

VECTOR=.TRUE., PBZ=1.70/

（已经由实验指导老师完成）

4.4建立实体（利用 pyrosim2010）:

凳子（见图1）制作步骤：（尺寸是随便输的，与实验的数据可能不一样）

第3部分

第2部分

第1部分

图1

依次点击 Model New Obstruction Geometry，输入数1.

T

max Y=0.1,min Z=0,max Z=0.3。见图 2

第1部分：假设尺寸为长宽高 =0.1m 0.1m 0.3m

xxx x

据：min X=0 , max X=0.1,min Y=0 ,

Obstruction ^rope^

General Ge omatry Stir faces

£ox Proptrti ts

Min

Mm

Min

Max

2•再点击Surfaces,在Single后面的下拉选项里选择 SPRUCE，点击OK，第1部分就完成 了。

3•还有3个与第一部分完全相同的物体，为了节省时间，可以利用复制与移动操作来完成：

在左侧右击刚才建好的第一部分（名字为 Obstruction），再点击Copy/Move,在Mode下面选

择Copy，数量为1，offset的X选项里输入0.3，表示移动的距离为 0.3m。点击OK即完成 复制操作，剩下

的两个类似（注意移动的方向） ；见图3

图3

第2部分：尺寸为长宽厚 =0.4m 0.4m 0.1m

XXx x

1. 依次点击 Model New Obstruction Geometry，输入数据：min

T

X=0 , max X=0.4,min Y=0 , max Y=0.4 , min Z=0.3,max Z=0.4

2. 再点击Surfaces,在Single后面的下拉选项里选择

SPRUCE,点击OK第2部分就完成了。

第3部分：尺寸为长宽高 =0.4m 0.1m 0.4m

XXx x

1. 依次点击 Model New Obstruction Geometry，输入数据：min X=0 , max X=0.4,min Y=0 , max

TT

Y=0.1,min Z=0.4,max Z=0.8

2. 再点击Surfaces,在Single后面的下拉选项里选择

SPRUCE,点击OK第3部分就完成了。

注：以上制作的凳子模型是基于原点建立，可以根据需要任意移动 /复制，下面举一个例子

加以说明：

为了方便移动/复制，可以将建好的凳子的所有部件放在一个 GROUP（组）里，操作如下：

依次点击 Model New Group,在Group name里输入desk（可以为任意名然后再左侧依次选 中刚才建

T

），

好的各个物体（ Obstruction）,右键 Change Group，在Group栏选择desk （图4）,

T

再点击OK即可。这样这个凳子就可以整体任意移动了。例如，想要把它同时沿 X轴移动

5m，沿Y轴移动2m，操作如下：右击 desk,再点击 Copy/Move,在Mode下面选择 Move ,

数量为1, offset的X选项里输入5,X选项里输入2,点击OK即完成移动操作。

火 Etratorp¥EctopSf35^f

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图4

4.5运行程序：

（请同学们统一在F盘以自己的名字建立一个文件夹比如

运行结果，本次试验定为不及格 ）

方法一：

A •先选中FDS文件，点击鼠标右键，选择“打开方式”

行。

B •开始-程序一附件一命令提示符:

依次输

入：

xiaoming,如果没有

-FDS程序开始运

cmd （表示回车键

J ）

F： xiaoming （表示回车

J

键） （表示回

J

程序即可运行。

（注：数据将生成在你所建立的文件夹

方法二：在pyrosim2010中点击图标厶,在选项卡中选择

L

我

Run FDS”.

在弹出的菜单栏中将文件名命名为 07shiyan,保

（如图5）,点击确定即可。模型运行时间大概为

存地址为F盘自己建的文件夹,

30分钟。

X

Choose a Location to Save the FDS Data File

五、实验结果分析及实验报告要求

程序运行结束后，你所建的文件夹中 双击文件 07shiyan （ Smokeview

Document），计算结果将会以动态形式演示.

温度或烟气切片：（以温度切片为例）

a.在画面上点击右键，load/UnloaX Slice Filb TEMPERATURE — X=2.5 如果需

要温度切片图片，点击右键Options— Render— One Frame在实验数 据文件夹下

f

生成图片。 同理，可以获得Z=1.7m处的二氧化碳浓度切片。

b.实验探测点温度曲线，在实验数据文件夹打开 文件，处理 时间--

-温度（HD）曲线，只要求处理时间和探测器（HD）（时间为X轴，温度为 Y轴）。

请每一位同学将以上实验步骤认真上机操作，最后交一份实验报告，包括：

实验名称，实验原理，实验目的，实验内容，实验步骤，以及数据处理。 （包括

任意时间某截面的温度和二氧化碳浓度分布图，以及时间 一温度曲线。

请同学们注意：各组的实验要求如下：

（）

实验1组 实验2组 实验3组 实验4组 实验5组

椅子2 书桌2 单人床2 单人沙发2 电视机1

实验6组 实验7组 实验8组 实验9组 实验10组

长沙发1 单人床1,床头柜1 椅子1,书桌1 床头柜1，书桌1 床头柜2

一般的木制品材料为：SPRUCE

沙发、电视材料（接近）：CARPET_MATL

2沙发各部分尺寸数据：

依次点击 Model New Obstruction 宀 Geometry，输入数据:

T

General G-&om«try Surfaces

Box PropErtiw

百

Min I 4.2 m

：

Max 1: 5.0 m

Min T

：

Maa T :

Mia Z

：

Mu Z:

0.05 m

Obstrurtion Properties

General

Surfaces

Eox Trap

erti

a

Obstruction Properties

MM

Milk I 4. 2 m Miik 0.05 ■

Mu X; 50 m Ma? 2 0 65 ■ L.B ir|

Min I

：

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Eox Propertis

电

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Min ■ in I.

0.5

Obstruction Properties

General Gewnetry Surfaces

Min X

：

0. 2 m Min 0.3 m

0. 5 m Max

Min Z

：

Max

Z

Obstruction

Properti-e-s

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CARPET Min 5

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Min ¥ CARPET

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CARPET Mi n 2

CARPET Max 2

Obstruction Pr o pert its

Gal Geometry Surfaces

EH

打

Box Properties

Min

Min

Max Max

Obstruction Properties

General Surfaces

Obstruction Properties

General Geometry Surfaces

Box Properties

Min 1 0.4 m Min

：

MaxMax X 0.5 m

Min

Max

：

Obstruction Properties

General Geometry Surfaces

Box Properties

Min X: 0. 4 m Min T 0.1 m Min Z

Max X 0.5 m Max I 0.2 m Max Z

：：：

：：

General twnstry Surfaces

EFoperties

QX T

Nin Min

Max Max Man

Obstruction Properties

6G^omatry Surfaets

皿卓銓

Bax Pro'p erti es

Min I: Min T:

Max I

1. 0 m

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Obstruction Poperties

r

General ^-T Surfaces

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Obstruction Properties

G«n$rd. Cfecmetry Surfaces

Eax Pr op

Obstruction Properties

Central Geometry Surfaces

Box Froperti*s

M I 2. 6 m Min I 3. 1

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Mix ¥: 3-6 n

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Obstruction Properties °

General teometry Surfaces

E Fr &p ar ties

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ObstrLiction Properties

(jeneral Ge am = try urf^ g

吕电

Box Propsrti&s

Mm

Min

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Obstruction Properties

General GeMWtF Surface

扩

Min

6书柜：

依次点击 Model New Obstruction Geometry，输入数据：

T

Obstruction Properties

General Oacimetry ^urf^ces

Box FrQper

Min

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Mlin

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SJC

Obstruction Properties

Surfaces

9星云迄

SPRUCE

Obstruction Properties

Multiple

Face Sur fac«

Mm Z ^PKVCE

Max I SPRUCE

Mtn ¥ SPHUiZE

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I

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SPRUCE M Z

SPRViZE Max Z

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General Geofi^try Surfaces

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Min Min

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Max

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Obstruction Properties

General (jeometry ^uj-f

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Ob-&truction Properties

Mui Y

Min T

畑

0.00 m

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T

L

Mu

Obstruction Properties

Geometry Surfaces

Bex Properties

Min

Max

Min Y: 0.00 ■ Min Z: 005 ■

・

Max Y: |()6 ■ —| Max Z: |o.8

・

Obstruction Properties

General Geometry Sxxrfaces

Box Properties

Min

Max Max

Min

Min Z 0.05 n

：

Max Z 0.8 m|

：