当拿到火灾模拟分析任务之后,就同时获得了分析对象的图纸、模拟分析的重点部位和相应的材料数据,以及明确的分析目标和任务,即重点分析哪个部位的火灾及烟气情况或者人员逃生疏散任务。在用PyroSim进行分析之前,不要急于动手实施分析的过程,如马上照图纸创建三维模型,而是要仔细研究模拟对象,明确各重点分析部位以及需要分析哪些参数。另外,非常重要的一点就是如何得到预期的结果,如何保证结果的精确度和正确性。每一模拟任务都要求明确分析目标,制订完整的分析方案,包括模型的简化和设备的布置,以及结果的处理等。好的分析方案是计算精度和速度的有效保障。
下面首先介绍制订火灾模拟分析方案时应考虑的几个因素,而后就几个主要的问题进行详细讨论,以便读者能够全面深入了解制订方案的具体措施。
制订方案的第一步,通常是在明确分析目标后,仔细审查分析图纸和准备各种建模原始数据,应确定以下问题。
①确定分析任务和目标。它们是制订分析方案的根据,所有的考虑都是围绕它们进行的。
②确定分析类型。分析类型有火灾烟气及火势蔓延分析(烟气浓度、高度、厚度、能见度,火场温度等)、人员逃生疏散分析、火灾控制系统分析(喷淋系统、探测报警系统等)。
③确定模型范围,忽略不相关的微小几何物体。首先,不要轻易地创建分析范围的全部几何模型,而是考虑能否只创建其中对模拟结果有影响的部分模型就可以达到分析的目的;确定建立分析模型范围后,允许忽略微小的几何物体。
④制订单元格划分方案。对于大型复杂的结构模型,在划分单元格时,可以使用不同的单元格尺寸对模型进行单元格划分。在模型中重点分析的区域可以加大单元格划分的密度,提高分析的准确度。其他次要地方可以相应地减小单元格密度,以减少整个模型的单元格数量,这样可以提高求解的速度。但是建立的多个单元格之间必须能够合并。
⑤充分利用模型的相似性。充分利用相似性建立简化分析模型,可以对模型中的几何物体进行复制、移动,大大减少建模工作量,提高求解速度。
⑥制订空间空气流动方案。PyroSim软件是以空气动力学原理为基础进行求解运算的,因此必须保持整个空间产生正常的空气流通,即要有空气的入口和出口,以便火灾和烟气的蔓延。
⑦确定模拟需要的结果参数。根据不同的模拟要求可以设置各种探测设备(烟气、温度、气体浓度等)、消防设施(喷淋、报警等)、结果参数输出等。
⑧确定模型计算的时间参数。不同的时间参数对结果的影响比较明显,对于大型模型必须满足相应的计算时间才能充分地完成计算,否则计算结果可能不完整。
材料库或其他模型数据库可以减少错误以及缩短创建新模型的速度。用户可以从库中导入数据到一个新的模型中。本节介绍了如何管理PyroSim库。
针对软件建模中用到的一些常用材料和常用燃烧反应等项目,PyroSim程序提供了相应的资源库供用户选择和使用。查看和编辑资源库菜单如下:Model> Edit Libraries…> Category。
如图2.12所示,在Category里面包含以下资源。
图2.12 资源库对话框
Extra Species:额外的物质。
Gas-phase Reactions:气相的反应。
·ETHANOL VAPOR:乙醇蒸气燃烧反应。
·HEPTANE:庚烷燃烧反应。
·METHANE:甲烷燃烧反应。
·POLYURETHANE:聚氨酯燃烧反应。
·PROPYLENE:丙烯燃烧反应。
Heat Detector Models:热探测器模型。
Materials:材料。
·CALCIUM SILICATE:硅酸钙。
·CERAMIC FIBER:陶瓷纤维。
·CONCRETE:混凝土。
·ETHANOL LIQUID:乙醇液体。
·FERALOY:Peraloy。
·FIRE BRICK:耐火砖。
·FOAM:泡棉。
·GYPSUM:石膏。
·GYPSUM PLASTER:石膏胶凝材料。
·INSULATION:绝缘材料。
·MARINITE:玛尔耐特。
·MARINITE 2:玛尔耐特2。
·NICKEL:镍。
·PVC:聚氯乙烯。
·STEEL:钢材。
·TILE MATERIAL:瓷砖材料。
·XLP:XLP。
·YELLOW PINE:黄松。
Particles:微粒。
·Fuel:燃料。
·Tracer:示踪物。
·Water:水。
Smoke Detector Models:烟雾报警器模型。
·Cleary Ionization I1:完全电离I1。
·Cleary Ionization I2:完全电离I2。
·Cleary Photoelectric P1:完全光电P1。
·Cleary Photoelectric P2:完全光电P2。
·Heskestad Ionization:Heskestad电离。
Spray Models:喷雾模型。
·Fuel spray:燃料喷雾。
·Water spray:水喷雾。
Sprinkler Link Models:喷头连接模型。
Surface:表面。
除了PyroSim程序中已经存在的资源库外,用户还可以自行新建资源库,并保存和导出。也可以加载别的资源库。
对于经常使用的数据,用户可以创建和管理自己的库。库是一个单个文件,可以包含几类对象,如材料、气相反应和表面。要管理用户的库可通过以下步骤。
①在Model菜单点击Edit Libraries。
②选择用户想要管理的类别Category,将选择的项目从目前的模型Current Model移动到库Library中,如图2.13所示。
图2.13 创建一个材料库
③单击保存当前库Save Current Library,保存在一个位置库并命名,以便用户可以在未来访问这个库。
④关闭PyroSim Libraries对话框。
用户储存库后,可以将它加载到一个新的模型并且从该库复制数据到用户的模型。
PyroSim含有反应库和材料库数据,这些都来自于FDS提供的在核查分析中搜集的数据。在数据来源文件说明中,每一个反应和材料都有一个参考值。目前这个库是相当有限的。NIST支持工程指南的发展,即将文件的标准测试的方法用于获得物质属性。
从PyroSim数据库中导入数据的步骤如下。
①在Model菜单点击Edit Libraries…。
②单击Load Library,打开property library.fds文件,该文件存在于C:\Program Files\PyroSim 2008\samples文件夹。
③在Category框中,选择Gas-phase Reactions并将相应的反应复制到用户的模型中。
④在Category框中,选择Materials并将相应的材料复制到用户的模型中。
⑤关闭PyroSim Libraries对话框。
首先,4.0版FDS提供了一个数据库,其中包括几种常见的材料和反应。在5.0版中,FDS开发商有意识地选择去除许多在FDS4中的简单材料和反应例子数据,他们担心用户直接使用这些数据,而不通过使用自己的测试或实验数据来进行验证。下面将介绍如何导入FDS4的数据库,用户有责任验证这个数据是正确的,适用于用户的模拟。
用户可以导入2007年在PyroSim使用的旧的FDS材料和反应。要导入FDS4的数据可按以下步骤进行。
①在File菜单上单击Import,然后选择FDS File…。
②在Open对话框中,浏览到Program Files/PyroSim 2007/fds文件夹,打开database4.data文件。
③用户将收到转换警告消息,根据转换和属性的定义操作。由于材料和反应在FDS4与FDS5的模型之间变化,用户应该检查这些精心编辑导入的数据适用在FDS5中。可以保存到一个文件中,以备将来参考使用。
④单击OK关闭File Conversion Warnings对话框。
⑤现在可在PyroSim中使用导入的材料和反应了。用户有责任验证这些数据。
模型建立过程中,各对象的组织采用的是分层次的对象集合组的形式,即所有同等级的一类对象可以归为一组来进行管理。模型是一个基层的组,其他组可以嵌套在这个组里,它允许用户与数千对象以组织的方法进行管理。在进行操作时,如果一个组里面所有的对象都要进行同一操作,则可以对这个组进行操作,当一个动作在该组执行时,那么这个动作就会在组里对所有对象执行该操作。这样可以方便用户创建模型,提高建模效率。
对组进行编辑时,可以左键双击进行名称修改,也可以右键单击进行相关参数的修改和设置。