基于数值模拟的大空间建筑火灾温度特性研究(6)
与区域模型相比，场模型应用于火灾模拟研究的主要优势在于，由于场模型划分的网格数较大，对于火灾的发生发展、火场温度的分布、烟气流动状况及其组成浓度等参数随时间的动态变化可给出相当细致的描述，便于使用者对火场及烟气流动的细节信息进行了解和掌握。
目前,在场模型中关于湍流的数值方法主要有三种：1、完全模拟：用Navier-Stokes方程来对湍流进行直接计算的方法，这种计算方法对计算机有极高的要求；2、湍流输运模型：它是基于湍流流动模型而产生的，由于它直接模拟动量、热量和浓度的输运，故称为输运模型。它将非稳态控制方程对时间做平均，在所得出的关于时均量物理量的控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等未知量，于是所得方程的个数就小于未知数的个数，而且不可能依靠进一步的时均处理而使方程封闭，封闭的方法就是作出假设，即建立模型；3、大涡模拟：本研究在本次研究中，拟运用的FDS软件即采用了大涡模拟数值的方法。大涡模拟利用了湍流及大小的涡流之间的关系。研究中常常将湍流和这些涡联系在一起，而在这些大小涡中间，小涡常被认为处于相对它较大的涡的应变率场之中，小涡通过大涡的应变率场对其的拉伸作用产生的功率从大涡中获取能量。一般研究中，将能谱大体上分为高波数区和低波数区。在低波数区中对应的大涡包含了湍流的大部分能量。大涡与平均流之间有着强烈的相互作用，与流动的初始条件和边界形状有很大的依赖关系；大涡的形态和强度因流动而异，是高度各相异性的，大部分质量、动量、能量的输运由大涡完成。根据这种设想，大涡运动由非稳态Navier-Stokes方程描述，直接模拟大尺度涡，不直接计算小尺度涡，小涡对大涡的影响称为亚格子Reynolds应力，此应力通过近似的模型来考虑，这就是大涡模拟的概念[15]。
2.2.3 FDS
FDS是一个通用的计算流体力学软件，它采用数值方法求解一组描述热驱动的低马赫数流的Navier-Stokes方程，其重点是火焰造成的烟气和热传递问题。用质量守恒、动量守恒和能量守恒的偏微分方程来近似有限差分, 解决方法是实时校正三文直线网格的信息。通过对同一网格使用有限体积技术来计算热辐射。流体流动中存在湍流现象, FDS处理湍流流动有两种方法, 即大涡模拟(LES) 方法和直接数值模拟(DNS)方法, 一般使用大涡模拟[16,17]。
FDS参数输入包括：建筑物尺寸、空间环境温度、建筑物内物品的燃烧特性及其尺寸、烟气的特性、模拟时空间网格划分、设计火灾等。FDS实质是将空间划分为许多方形单元，以其为元素，模拟计算的精度主要与方形单位的数量和大小有关，然后以Navier-Stokes方程为基础进行数值求解，给出详尽的物理量如温度、压力、速度、密度、热释放率等。关于模拟结果，FDS提供了可直接观测数据的图形显示软件Smoke View，这一程序用于FDS输出数据的可视化。用FDS进行计算式
下一篇：小学生数学学习兴趣的激发与培养