01研究背景

作为EDF R&D较早开发的代码， MAGIC被广泛运用在工业应用中，主要包括火灾安全分析，防火区分区以及火灾概率风险评估等。然而MAGIC所能模拟的温度范围较小，对流体模拟的精细程度不够，且实际工程往往要求对大型复杂几何空间内火灾后空气和烟的流动做精细的建模与模拟，因此CFD数值模拟显得尤为重要。本文提供了一种运用CFD软件code_saturne对室内火灾进行3D计算模拟的数值方法。

02 算例1：庚烷燃烧的模拟

如上图所示，模拟区域为21m x 7m x 3.8m 的长方体空间，其中庚烷在中心2m x 1m 的区域燃烧。整个区域的网格划分如下图，在庚烷燃烧区域网格划分的更加精细，以更好的记录该区域流体温度和速度的变化。

其中模拟所用到的物理参数包括庚烷的燃烧热44.6MJ/kg，燃烧功率在28min的模拟时长中保持常数1140kW，庚烷的热解率为0.025kg/s，其初始温度假设为371K（沸腾温度）；空间周围的墙壁假设为有一定导热系数，厚度以及发射率的壁面，初始时的空气温度设为30℃。本文对庚烷在不同湍流模型和辐射模型下的燃烧行为进行了模拟以及对比。

03 庚烷燃烧模拟结果

对于不同湍流模型的速度(m/s)和温度(℃)模拟结果如下：

k-ε模型速度场

k-ε模型温度场

k-ω模型速度场

k-ω模型温度场

LES模型温度场

同样地，不同辐射模型的模拟结果如下：

P1模型，衰减系数为常数0.35m-1

DOM模型，衰减系数为常数0.35m-1

DOM模型，衰减系数为0.05~0.35m-1

由上述图像可知，对于不同湍流模型和辐射模型模拟结果虽有部分不同，但code_saturne的模拟结果总体上与实际情况相同，可以较好地对火灾进行模拟。

04 算例2：酒店房间内的火灾模拟

在之前简单立方体模型的基础上增加了一些家具的布置以模拟真实的房间环境，对酒店房间内的空间进行了建模以及网格划分，如上图所示。其中房间内的墙壁，隔板以及天花板等壁面结构都定义了厚度，材料，比热容和传热系数；床，柜子等其他家具假设为相同燃烧热20MJ/kg，以其总质量计算放热。

05 酒店房间火灾模拟结果

房间温度(K)和空气速度场(m/s)在不同时刻的变化如下图所示：

可以看出，从开始燃烧起，室内温度不断增加，主要集中在点火区域；同时空气流速也不断增加，流动方向从初始燃烧区域沿天花板一直到走廊区域，符合实际情况。

房间内CO2在空气中的质量占比(kg/kg)随时间的变化如下图所示：

同样地，CO2在燃烧区域的占比随时间越来越大，且主要集中在房间上方。然而上述模拟结果显示燃烧产物CO2生成的速度太快，可能是因为入口空气流量设置不准确所导致，因此需要进一步确定对流和扩散的流量。

06 结论与展望

本片内容的主要结论如下:

• 运用CFD通用仿真软件模拟了不同湍流模型和辐射模型下长方体空间内庚烷燃烧时空气流动特性

• 运用CFD通用仿真软件模拟了酒店房间内火灾时空气的流动特性

未来可以改进的地方：

• 可以考虑更多火灾时的物理现象，如热解模型，烟炱，水雾和碰撞等

• 优化模拟的边界条件

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