区域模拟在建筑物双室火灾中的模化与比较

论文摘要

由于火灾作用的复杂性、实验设备的昂贵及其测试手段的限制,使得火灾科学的研究受到许多的限制,而随着计算机的不断发展,火灾的模化研究逐渐受到重视。本文首先讨论了目前火灾的模化研究即数值模拟研究的一些现状和主要的方法理论。本文根据专家系统、网络模型、区域模型和场模型各自的优缺点,结合本课题,选用区域模拟思想。对建筑火灾规律的研究,尤其是多室火灾的研究首先要从双室火灾发展规律研究开始,本文选取以目前最为流行的区域模拟软件CFAST为理论基础。本文通过对CFAST的理论进行深入研究,推导出本文要求解的微分方程组和各个火灾分过程的数学物理方程,即把区域模拟理论用相应的数学物理模型表述出来,完成火灾过程的模化。因为本文要求解的是一个常微分方程组（Ordinary Differential Equations）,本文通过对比各种相关的解微分方程的数值解法,从而选择适应于本文的数值解法即四阶的龙格-库塔法。然后用目前流行的数学软件Maple9进行编程,并求解不同火灾场景下的情况。最后用CFAST模拟相应的火灾场景,并且比较两种方法的结果。通过比较说明,本文对建筑双室火灾的模化研究是可靠的。本文的目标是使编写的程序具有良好的可扩展性,为后期一些火灾模型尤其是辐射模型等的改进,使其可以添加到编写的程序中奠定了基础。通过以上研究得出了一些结论,可以为火灾科学的计算机模拟研究提供一定的参考,对了解室内火灾的发展过程有实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 火灾的危害性
• 1.1.2 建筑室内火灾的特点
• 1.2 建筑火灾模化研究的发展
• 1.2.1 国外模化研究的进展及现状
• 1.2.2 国内模化研究的现状
• 1.3 火灾研究方法的选择
• 1.3.1 专家系统
• 1.3.2 网络模拟
• 1.3.3 区域模拟
• 1.3.4 场模拟
• 1.3.5 几种模拟方法的综合
• 1.4 本文研究的重点和意义
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 双室火灾的区域模拟数学物理模型
• 2.1 控制方程
• 2.1.1 方程的推导
• 2.1.2 要求解的微分方程
• 2.2 火灾各分过程
• 2.2.1 火源
• 2.2.2 火羽流
• 2.2.3 开口流的流动
• 2.3 火灾中的热传递
• 2.3.1 热传导
• 2.3.2 热对流
• 2.3.3 热辐射
• 2.4 本章小结
• 第3章 区域模拟理论中的数值计算
• 3.1 概述
• 3.1.1 控制微分方程组的求解
• 3.1.2 控制微分方程组的数值解
• 3.2 几种数值解法
• 3.2.1 泰勒级数法
• 3.2.2 龙格-库塔法
• 3.3 本文要求解的方程组
• 3.4 本章小结
• 第4章 区域模拟理论的计算机模化应用
• 4.1 开发软件平台的介绍
• 4.1.1 编程软件的选择
• 4.1.2 Maple软件
• 4.2 程序编制过程
• 4.2.1 程序的流程图
• 4.2.2 设定的火灾场景
• 4.2.3 具体的计算过程
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 房间尺寸不同时的火灾场景
• 4.3.2 开口不同时的火灾场景
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢