1。2 研究现状与发展趋势

1。2。1 国外方面

1。2。2 国内方面

1。3 相关软件发展

火灾数值模拟是火灾研究的重要内容，但因火灾现象的复杂性和多变性，近几十年来才建立起描述火灾现象的实用数字模型[14]。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）。CFD模型属于场模型，基于基本物理定理，利用计算流体力学（CFD）技术，替代耗资巨大的流体动力学实验设备，对火灾进行模拟，对火灾过程的科学研究有很大的影响[15]。运用CFD进行火灾过程模拟，对温度场和速度场分析的基本思想，是把在空间域上连续的物理量场，用有限个带变量的离散点的集合来代替；接着，对离散点上场变量之间关系进行分析，然后按照一定的方式建立代数方程组，最后求解代数方程组，进而近似得到场变量的值。

对燃烧现象进行描述的基本定律有：质量守恒定律、动量守恒定律、能力守衡定律、化学元素质量守恒定律等等。CFD是在上述定律的基本方程的控制下，对火灾流场进行数值模拟[16]。通过建立物理模型并计算，得到温度、速度、压力以及浓度等基本物理量在火场内各点的分布情况，以及这些物理量随时间的变化情况，分析旋涡的分布特性、空化特性及脱流区等。并以此计算出其他相关物理量，如转矩、水力损失和效率等。此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。论文网

CFD拥有诸多优点，比如适应性强、应用面广。通常只有CFD可以解决多变量、形状复杂、边界条件较多的非线性控制方程；并且，用户可运用计算机进行多种数值实验（例如选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验），进而优化实验方案[17]。此外，CFD的应用省时省力，不受时间和空间限制，比较灵活多变，可以模拟各种高温、形状特殊以及会生成有毒烟气的火场实验，并能够详细地计算出各物理量参数。

CFD也有自身不可避免的局限性。第一，利用CFD得到的数值解是利用离散方程得到的近似解，只是符合物理定理和数学计算方式，适合在计算机上进行模拟计算的离散的有限数学模型，并且无法给予任何形式的解析表达式来解释最终结果，只有由有限数量的离散点来体现的数值解，存在一定的计算误差；第二，它与物理模型实验不同，无法在实验的刚开始就给与场内流动现象的定性描述，常常需要由实际火灾场景或者是搭建的物理模型实验提供一些流动参数，并且要对由它建立的数学模型进行验证；对于CFD程序的编制，由于专业性强，需要在编制前进行大量的资料的收集和整理，进行总结归纳后利用已有的经验和技巧才能编制出合理的程序。此外，由于CFD仿真会使结果有数值粘性，导致频散等伪物理效应，所以仿真的结果还需要经过更多的考量才能使其具有实用性。最后，由于CFD软件运行时需要进行大量的数值运算，占用很高的系统内存，所以CFD软件对于计算机硬件的要求较高。

CFD软件在近几年来的发展十分迅速，运用计算流体力学技术，所有涉及流体流动，流体热交换以及流体分子运输等问题，均可以通过CFD软件模拟仿真。CFD不仅仅是一种研究性的软件工具，它更与工程实际相结合，运用于水利工程、土木建设、工业制造、食品工程等领域均具有一定的可靠性。CFD模型具有详细的物理量时空分布，对于火灾现场的仿真，可以展现直观和细致的结果，随着高速计算机的快速发展，CFD软件的运用也越来越频繁。