FDS地铁车厢火灾发展蔓延特性研究(5)
时间:2019-08-23 18:22 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
2.1.2湍流模型 (1)大涡模拟(Large Eddy Simulation) 大涡模拟法是用瞬时的Navier-Stokes方程是直接模拟湍流中的大尺度涡，而不直接模拟小尺度涡，小涡对大涡的一些影响通过近似的模型来考虑。大尺度涡团与其流场的初始条件和边界条件有密切关系，呈现出各项异性的特点，因而各种不同类 型的具体流动之间，其大涡团的结构和运动有很大差别。小涡团的运动特征受初始条件和边界条件的影响很小，是彼此相似而且各项同性，因此将大涡团和小涡团分别采用不同的方式进行处理。目前，将比网格尺度大的湍流运动通过 Navier-Stokes方程直接通过计算得出，针对小尺度的涡对大尺度运动的影响通过建 立模型来模拟。大涡模拟对湍流进行空间上的过滤，滤去小涡的脉动，保留大涡 的脉动得出瞬时速度。本文中采用该方法进行计算。 (2)Reynolds平均法 Reynolds平均法的核心不是直接求解瞬时的Navier-Stokes方程，而是想办法 求解时均化的Reynolds方程。针对Reynolds方程中的湍流脉动值的Reynolds应力 项是未知量，因此，若使得方程组封闭，则必须对雷诺应力做出某种假设。通过 表达式或湍流模型把湍流的脉动值与时均值等联系起来。由于没有特定的物理定 律可以用于建立湍流模型，故目前的湍流模型只能以大量的实验观测结果为基础。 故本文中不采用该方法进行计算。 (3)直接数值模拟(DNS) 直接数值模拟方法就是直接采用瞬时Navier-Stokes方程计算湍流，其最大的 优点是不需要对湍流流动作任何简化或者近似处理，理论上可以得到相对准确的 计算结果。但是，在微小的空间和步长情况下，才能分辨湍流中的详细的空间结 构和剧烈变化的时间特性[201。对于这样的计算要求，现有的计算机能力还是存在不足之处，再加上直接数值模拟对计算机内存空间和计算速度的要求非常之高， 目前还无法用于工程上的计算。故本文中不采用该方法进行计算。 2.1.3燃烧模型 (1)混合分数模型 混合分数的定义是在多组分的混合气体中某种气体的质量与总质量之比。因此，位于可燃物的表面处，燃料的混合分数为l，在空气中，其值为0；而在发生燃烧的位置，既含有有未燃气体，又存在燃烧产物，它们可以组成时间和空间的函数，其混合分 数可以表示成z(x，t)。如果可燃物和空气在混合的一瞬间即能反应完毕，这种燃烧为 “混合控制”(Mixing-controlled)，意着燃烧区域中各种有关的成分都可以分别用混合分数表示。在大部分应用场合都可接受这种假设，故本文采用该方法进行计算。 混合分数模型假定燃烧为单步不可逆反应的简单化学反应系统。当反应能够单步反应完毕时，其反应式可表示为: Fuel+O^2→Produces （6） 混合分数Z可以根据燃料(假设燃料为C_x H_y O_z)与含碳燃烧产物的质量分数的形式，即： Z=Y_F+W_F/xW_(co_2 ) Y_(co_2 )+W_F/xW_co Y_co+W_F/xW_C Y_C （7） 式中，Z为混合分数，Y为组分的质量分数，x为燃料C_x H_y O_z。每个分子中C的个数。 (2)有限反应速率模型 如果只关心火灾过程中的热效应，则混合分数模型是实用的；倘若需要研究 火灾过程中污染物和有毒、有害组分的产生状况，则需要加入包含相应物质产生机能和产生速率的有限化学反应模型。 2.1.4数值模拟 模型试验是根据相似理论所推导的尺度法带 (Scaling Law)将实际建筑物按比例缩小做成模型，在模型中模拟并重现实际建筑物发生火灾的物理现象。根据 NFPA92A[NFPA，1995]规定，缩小实验模型的缩小比例必须大于1：8才能精确的重 现实际尺寸建筑物的火场现象。因此，对具有大空间或中庭建筑物的烟控系统设计采用缩小尺寸模型实验在模型的制作上会出现大量经费消耗和人力消耗。 (责任编辑：qin) |