二级消防工程师考试《消防安全技术综合能力》考点整理27

　　第四节 软件选取

　　一、火灾模拟

　　(一)概述

　　火灾数值模拟是火灾研究的重要内容之一，但由于火灾现象的复杂性，近几十年来才建立起描述火灾现象的实用数学模型。火灾模型主要分为确定性模型和随机性模型。

　　火灾数值模型主要有专家系统(Expert System)、区域模型(Zone Model)、场模型(Field Model)、网络模型(Network Model)和混合模型(Hybrid Model)。场模型也即CFD(计算流体动力学)模型，主要是指利用计算流体动力学技术对火灾进行模拟的模型，由于CFD模型可以得到比较详细的物理量时空分布，能精细地体现火灾现象，加之高速、大容量计算机的发展，使得CFD模型得到了越来越广泛的应用。

　　目前用于火灾模拟的CFD模型主要有FDS、PHOENICS、FLUENT等。FDS是专门针对火灾模拟而开发的CFD软件，简单易用。因此，它在火灾模拟中的应用最为广泛。而PHOENICS和FLUENT是计算流体力学的通用软件，将其用于火灾模拟需要有较强的流体力学背景，因此，应用较少。目前，国内外对FDS的研究比较多，而对于PHOENICS和FLUENT在火灾模拟方面的应用研究较少，对各个软件的对比研究则更少。

　　在火灾模拟中，怎样才能使模拟结果更加准确、可信是一个急需解决的问题。验证与确认是评价数值解精度和可信度的主要手段。长期以来，CFD工作者对CFD软件的验证与确认工作一直没有给予足够的重视。因此，对于计算结果的可信度，CFD研究人员并不能给出明确的回答。这使得CFD软件的使用者对CFD也持一种矛盾的心态，既想利用CFD这种快捷经济的设计工具，又对CFD的计算结果心存疑虑。如果有条件，可以结合数值计算和模拟实体火灾的方式，进一步验证模型的可靠性。

　　(二)选取

　　从软件易用性来看，火灾专用模拟软件相对简单，在应用中不需要作复杂设置，使用者只需掌握火灾基本知识即可得到合理的结果，而通用CFD软件对使用者要求较高，使用者需要对流体力学知识有深入了解，才能得到合理结果，因此，一般火灾模拟选择专用软件为宜。

　　利用火灾模型进行数值分析前，应着重考虑该模型对所模拟问题的适用性及预测能力，一般情况下，需要事先利用相关试验(已有其他人员进行的试验或自己进行相关试验)对模型进行确认研究。从模拟结果的准确性来看，火灾专用模拟软件由于是专门针对火灾开发的，在概念模型层面相对于通用软件更接近于真实模型，其数学模型更能反映火灾过程，因此，一般情况下，建议选择火灾专用软件，除非在专用软件无法模拟的情况下才选择通用软件。

　　使用火灾专用软件时，应着重考虑网格独立性、边界条件设置对模拟结果的影响，使用通用软件时，还应考虑湍流模型、燃烧模型、辐射模型的选择。

　　火灾模型的验证和确认应包含其对各类火灾参数的预测能力研究，如火场温度、热辐射通量、反应产物的浓度变化(着重研究C0、C0，、烟密度等)、火场能见度等。

　　对于通用的CFD软件，如PHOENICS、FLUENT、CFX等，由于其发展比较成熟，其程序一般能够比较准确地反映其所确立的概念模型，因此，对这类模型可以着重于确认研究;对于专用火灾模拟软件，如FDS等，已经进行了较多的确认和验证工作，对于比较常见的火灾场景，如建筑室内火灾等，可以直接用来模拟分析，而对于一些特殊的场景，如火灾在狭长双层玻璃幕墙内的蔓延模拟，还需进行进一步确认研究;对于自行编制的火灾模拟程序，模型的验证工作是至关重要的，应确保程序能够准确反映概念模型。

　　利用Steckler房间火灾试验对PHOENICS和FLUENT进行确认研究，就该类实例来说，FLUENT的准确度要高于PHOENICS，但就工程应用来说，在选择合理的湍流模型、辐射模型，并经过网格独立性检验后，二者的模拟结果一般均可满足工程需要。

　　火灾发展具有确定性和随机性的特点，火灾试验的影响因素较多，在选择确认试验时，应尽量选择可重复性强的试验，并应注重采用不同火灾场景下的火灾试验对其进行确认研究，以便更好地检验模型的可信度。

　　二、疏散模拟

　　(一)概述

　　(二)疏散模型分类

　　人员疏散计算方法主要有两种：水力疏散模型和人员行为模型。

　　1.水力疏散模型

　　水力疏散模型通常对人员疏散过程作如下保守假设：

　　1)疏散人员具有相同的特征，并且都具有足够的身体条件疏散到安全地点。

　　2)疏散人员是清醒的，在疏散开始的时刻一起井然有序地进行疏散，且人员在疏散过程中不会中途返回选择其他疏散路径。

　　3)在疏散过程中，人流的流量与疏散通道的宽度成正比分配，即从某一出口疏散的人数按其宽度占出口总宽度的比例进行分配。

　　4)人员从各个疏散门疏散且所有人的疏散速度一致，保持不变。

　　2.人员行为模型

　　下面将通过分析这些人员疏散模型的功能与特点，对这些软件进行适当分类。

　　(1)一般分类。疏散模型在处理疏散的一般问题时，均采用了三种不同基本方法：优化法、模拟法和风险评估法。

　　优化法假定人员以最有效的方式进行疏散，而不考虑外部环境的影响及非疏散行为。通常，模型认为人员选择的疏散路线是最佳的。这一类模型适用于大量的人群或将所有人员当做一个有共同特性的群体来考虑的情况，而不考虑个体行为。