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烟气流动模拟分析软件燃烧器火灾

  • 作者:pg.xfjcyq.com
  • 发布时间:2021-08-09 14:49
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烟气流动模拟分析软件燃烧器火灾



关键词:结构安全计算分析软件、烟气流动模拟分析软件(CFD)、PyroSim烟气流动模拟分析软件 、消防安全评估软件

 

在本示例中,您将创建一个500KW的燃烧器火灾,并测量高度为1.5米的烟羽中心的温度。本例通过指定热释放率(HRR)来定义火灾。这是消防安全工程师表示火灾的非常简单和常用的方法。消防安全评估软件

 

对于本例,充分理解使用热释放速率建模火灾需要用户指定两个输入数据:

  • 定义燃烧过程中产物和能量释放的反应,
  • 定义火灾大小的热释放率(HRR)。当指定HRR时,FDS使用反应能来计算来自表面的相应燃料质量流率。

 

一旦反应和热释放速率确定,气体燃料从表面流动,与空气混合,并发生反应形成燃烧产物(包括热)。房间火灾示例中提供了火灾建模的较长(但仍很简短)介绍。

 

图1.本例中的燃烧器火灾

 

本教程演示如何:

  • 创建一个燃烧器火灾。
  • 添加热电偶。
  • 添加用于温度可视化的切片平面。
  • 使用PyroSim结果查看3D结果。
  • 使用PyroSim查看2D结果。

 

在本示例中,说明将描述使用菜单对话框的数据输入。这样做是为了清晰和一致。但是,PyroSim提供了绘图工具和快捷工具栏,可以加快许多这些任务。鼓励用户尝试这些替代方法来创建模型。

 

选择国际单位制

选择国际单位制:

1.在“视图”菜单上,单击“单位”,然后选择“SI”以使用公制显示值。http://pg.xfjcyq.com/

 

创建网格

在本例中,我们将使用0.1 m宽的网格单元。该值略小于500 kW火灾特征直径(D*)的1/5。根据经验法则,建议的单元尺寸范围为D*的1/5到1/20,以确保在羽流建模中至少具有中等水平的准确性(McGrattan,Kevin,et al.2014)。使用较小的网格单元(因子为2)将使误差减少因子为4,但将使模拟运行时间增加因子为16。

 

1. 在模型菜单上,单击编辑网格。
2. 单击新建。
3. 单击确定创建网格。
4. 在 Min X 框中,输入 –1,在 Max X 框中,输入 1。
5. 在 Min Y 框中,输入 –1,在 Max Y 框中,输入 1。
6. 在 Min Z 框中输入 0,在 Max Z 框中输入 3。
7. 在 X 单元格框中,键入 20。
8. 在 Y 单元格框中,键入 20。
9. 在 Z 单元格框中,键入 30。
10. 单击确定保存更改并关闭编辑网格对话框。
11. 在视图菜单上,单击填充视图以调整图像大小。

 

图2.创建网格

 

定义反应

对于包含燃烧的模拟,用户必须定义反应。

1. 在模型菜单上,单击编辑反应。
2. 单击从库中添加。
3. 选择 POLYURETHANE_GM27 反应并将其添加到当前模型中。
4. 单击关闭。
5. 单击确定关闭编辑反应对话框。

 

创建火灾表面

表面用于定义 FDS 模型中对象的属性。 在此示例中,我们定义了一个燃烧器(火)表面,该表面以对应于 1000 kW/m2 的速率释放燃料。 默认情况下,FDS 中的所有表面都是 INERT 并保持在固定温度(通常是环境温度)。

 

我们想指定燃烧器表面的温度,但可能的范围很大。 池火可能保持在液体沸点附近 (50-100 °C),木材的着火温度范围为 200-700 °C (Babrauskas, 2001),以天然气为燃料的多孔燃烧器的范围为 530 -750 °C(基于 McCaffre,1979FDS 验证指南)。 我们将假设 500 °C。

 

1. 在模型菜单上,单击编辑表面。
2. 单击新建。
3. 在表面名称框中,键入火。
4. 在表面类型列表中,为表面类型选择燃烧器。
5. 单击确定创建新的燃烧器表面。 默认放热值令人满意
(图 3)。
6. 在热选项卡上,为边界条件模型选择固定温度。 在表面温度框输入 500,在发射率框输入 0.9。
7. 单击 OK 保存更改并关闭 Edit Surfaces 对话框。

 

图 3. 燃烧器表面的默认参数

 

创造火灾
为了在我们的模型中定位火灾(燃料源),我们创建了一个障碍物并将火面指定到障碍物的顶部。 如果火灾在模型边界上,我们可以只使用通风口而不包括障碍物。

 

首先我们创建障碍:

1. 在模型菜单上,单击新建障碍物。
2. 在 ID 框中,键入Fire Obstruction。
3. 单击几何选项卡。
4. 在Min X 框中,输入 –.5,在MaxX 框中,输入 .5。
5. 在 Min Y 框中,输入 –.5,在 Max Y 框中,输入 .5。
6. 在 Min Z 框中输入 0,在 Max Z 框中输入 .2。
7. 单击表面选项卡。
8. 单击多个。
9. 对于 Max Z 曲面,选择 Fire。
10. 单击确定以创建新障碍物。

 

请注意,我们已确保障碍物的几何形状与0.1 m的单元尺寸相对应。这就消除了障碍物将捕捉到什么尺寸的任何不确定性。顶表面积为1.0 m2,因此总热释放率为1000 kW。

 

开放的侧面和网顶

我们希望网的侧面和顶部对气流开放。这是通过在这些边界上创建开放曲面来实现的。PyroSim可以自动为网格的全部边界执行此操作。

 

1.在树状视图中,右键单击 Mesh01,然后单击“打开网格边界”。这将在网格的所有侧面创建六个新的开放通风口。

2.由于我们希望底部关闭,请选择通风孔孔:Mesh01[ZMIN],然后删除。

 

 

图4:创建开放网格边界

 

添加热电偶
1. 在设备菜单上,单击新建热电偶。
2. 在设备名称框中,键入热电偶在 1.5 m。
3. 在位置行的 Z 框中,输入 1.5。
4. 单击确定以创建热电偶。 它将在模型中心显示为一个黄点。
5. 在工具栏上,单击“显示标签”按钮以打开和关闭标签。

 

添加切片平面(轮廓平面)

1. 在输出菜单上,单击二维切片。

2. 在 XYZ 平面列中,单击输入单元格并选择 Y。

3. 在平面值列中,单击单元格并键入 0。

4. 在气相数量列中,单击单元格并选择温度。

5. 在使用向量中?列,选择否。

6. 以细胞为中心?列,选择否。

7. 单击确定创建切片平面。

8. 重复,但这次绘制每单位体积的热释放率。

9. 重复,但这次绘制 Velocity 并为向量选择 YES。

10. 现在添加空气体积分数图。在气相数量列中,单击并滚动到列表顶部。选择 [物种数量],然后为数量选择体积分数,然后为
品种选择空气。单击确定。为向量和单元格居中选择 NO。按 ENTER 键换行。

11. 重复以绘制 AIR、PRODUCTS 和 REAC_FUEL 的体积分数。看图 5. 这些图将向我们显示反应发生的位置。空气从开放边界供应,燃料由火面供应,产品是燃烧的结果。

12. 单击确定关闭动画平面切片对话框。

13. 在工具栏上,单击 Show Slices 按钮以打开和关闭切片平面。

 

 

图5:定义切片平面图。

 

添加稳态线温度测量

稳态线测量简化了线上量的输出。默认情况下,此设备在模拟的后半部分平均输出。

1. 在输出菜单上,单击统计。

2. 单击新建。 对于数量,选择温度。 单击确定。

3. 在统计类型框中,选择时间。

4. 单击行统计。

5. 选择稳态配置文件。

6. 对于 Num Points,输入 50。

7. 将点 1 Z 更改为 0.2。

8. 将点 2 Z 更改为 3.0。

9. 单击确定创建设备。

10. 在工具栏上,单击统计区域按钮以打开和关闭该行。

 

旋转模型以获得更好的视图

1. 要重置缩放比例并使模型正确居中,请按 CTRL+R。 PyroSim 现在将沿 Z 轴直视模型。

2. 在 3D 视图中按下鼠标左键并拖动以旋转模型。 在图 6 中,燃烧器显示为红色,热电偶显示为黄点。 打开的通风口是蓝色的。

 

图6.燃烧器火灾模型

 

保存模型

1. 在文件菜单上,单击保存。

2. 选择一个位置来保存模型(通常是一个新文件夹)。 对于此示例,我们将创建一个Burner Fire文件夹并将文件命名为Burner fire。

3. 单击确定保存模型。

 

运行模拟

1. 在 FDS 菜单上,单击运行 FDS。

2. FDS 模拟对话框将出现并显示模拟的进度。 默认情况下,PyroSim 指定的结束时间为 10 秒。 模拟完成后,PyroSim Results 将启动并显示模型的 3D 静止图像。

 

在3D中查看烟雾

1.在PyroSim结果窗口中,双击3D Smoke以加载HRRPUV和烟尘质量分数数据集。

2.要清除PyroSim结果中的显示,请再次双击3D Smoke。

 

图7:单位体积的烟和热释放率曲线图。

 

空气、燃料和产品轮廓
在任何位置,空气、燃料和产物的体积分数总和为 1。这些量的典型等值线如图 8 所示。空气是大部分模型的大部分体积分数。 燃料是从火面释放出来的产物是由燃料和空气混合产生的。 每单位体积的热释放率 (HRRPUV) 绘图显示了燃烧的位置。

 

图8:空气、燃料和产品体积分数的等高线。蓝色代表零,红色代表1。

 

开始(错误地)假设热释放速率只是一个简单的热源,而不是燃烧的燃料蒸汽。不明白,如果我们指定热释放率和燃烧,模拟火灾将随时间而变化,这取决于混合和通风。实际上,如果网格边界不够大,未燃烧的燃料蒸汽将被带出模型边界,模型热释放率将永远达不到规定值。

 

图9:计算的热释放率。这是通过在模型域上积分单位体积的热释放率得到的。规定的HRR为1000kW。当燃料与空气混合并导致燃烧时,计算的HRR随时间而变化。

 

查看温度测量值
可以绘制热电偶等设备的输出:

1. 在 PyroSim 窗口的分析菜单上,单击绘制时间历史结果。

2. 将出现一个对话框,显示可用的不同类型的2D结果。 选择burner_devc.csv,点击打开查看温度设备输出。

 

图 10. 温度时间历史图

 

查看稳态温度线测量
可以绘制热电偶等设备的输出:

1. 在burner_fire 文件夹中打开burner_fire_line.csv 文件。

2. 绘制输出数据(图 11)。

 

图 11. 火上方稳态温度的线图


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