消防安全技術實務思考題答案之建筑性能化防火設計評估（5）

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第四章 建筑性能化防火設計評估

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

答：1）經驗模型-經驗模型不同于其它理論模型能夠對火源空間以及關聯(lián)空間的火災發(fā)展過程進行估計，現有的經驗模型通常局限于描述火源空間的一些特征物理參數，如煙氣溫度、濃度、熱流密度等隨時間的變化，因此經常被稱為"局部模型"，常用的經驗模型有美國標準與技術研究院（NIST）開發(fā)的FPETOOL模型、計算煙羽流溫度的Alpert模型和計算火焰長度的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算機模擬的可靠性和經濟性，在消防工程界具有廣泛的應用。應用區(qū)域模型既可以在一定程度上了解火災的成長過程，也可以分析火災煙氣的擴散過程。目前，區(qū)域模型在建筑室內火災的計算機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分布以及隨時間的演化過程，模型中的假設十分趨近于火災過程的實際情況，可以滿足工程需要。但是區(qū)域模擬忽略了區(qū)域內部的運動過程，不能反映湍流等輸運過程以及流場參數的變化，只抓住了火災的宏觀特征，因而其近似結果也是較粗糙的。目前，世界各國的研究者建立了許多室內火災區(qū)域模擬的模型，以CFAST、ASET、BR12、CCFM-VENTS、CFIRE-X、COMPBRN、HAVARD MARD4以及中國科學技術大學的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，計算得出室內各局部空間的有關參數的變化。計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。導致這種模型的計算量很大，當用三維不定常方式計算多室火災時，需要占用很長的機時，一般只在需要了解某些參數的詳細分布時才使用這種模型。

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