基于FDS单室火灾痕迹模拟中通风因素的影响研究

赵浚安

摘 要：随着计算机技术的进步，数值模拟实验也正在成为一种新的火灾调查方法。通过运用计算机软件模拟真实火灾的发生过程，了解火灾痕迹的形成过程对火调工作的发展有非常巨大的帮助。本文主要采用FDS软件进行数值模拟模拟实验，应用大涡模拟方法对真实案例的火灾现场进行数值模拟，通过分析模拟实验的温度和烟气得出结论，由模拟实验的结果可得知应用FDS模拟实验所得到的结论与勘验笔录所描述的基本一致，证明了应用FDS进行模拟实验的可行性。其次本文通过改变通风因素模拟不同的工况，对比进行火灾痕迹的分析，重点解决了通风窗口的开或关会对火灾痕迹造成何种影响这一问题。

关键词：火灾痕迹;FDS;通风因素;火

分类号：X45

一、模拟软件介绍

FDS（Fire Dynamics Simulator）是由美国 NIST（National Institute of Standards and Technology）开发的一种流体力学场模拟软件，FDS 是一种基于大涡模擬的火灾模型，计算流体力学软件的一种，用于分析工业尺度的火灾模拟软件，专门从数值计算方面解决一系列适合于热驱动、低速流动的Navier-Stokes 方程，重点适用于火灾导致的热烟气传播和蔓延的数值模拟。该软件包括直接数值模拟和大涡模拟两种方法，大涡模拟主要用于大空间多房间的建筑结构内的烟气蔓延流动过程的模拟，而对于小尺寸的火焰发展过程的结果分析则采用直接数值模拟。

二、案例模型建立

实验模型使用FDS软件对一起单室火灾进行数值模拟，取受火面积最为大最为严重，且火灾痕迹明显的客厅为主要研究对象，忽略杂物的摆放情况，忽略卧室、厨房的物品摆放情况。

如图2.1所示，工况一为全封闭模型，无通风窗口。

如图2.2所示，为工况二的通风模型，通风窗口设置在木床北侧的墙面，代码为：&VENT SURF_ID='OPEN'， XB=4.0，8.0，9.0，9.0，0.5，2.5/ Mesh Vent： Mesh02 [YMAX]

三、通风因数对火灾痕迹的影响

1.烟气蔓延情况对比

由图3.1对比可以发现，工况一的烟气早已经积聚满了整个房间，现场会出现大面积烟痕，而工况二的烟痕虽然浓重，但可以发现其东侧墙面有一部分未被烟气所覆盖，木床东侧区域的烟痕明显会比较轻微。

2.火势蔓延情况对比

由图3.2对比可以发现，在227.4s时，工况一的木床上的火焰已经熄灭，现场发生了轰燃，火焰蔓延到了沙发位置，火势微弱且有黑烟冒出。而工况二的火势仍然稳定在木床上进行燃烧。

3.温度场变化情况对比

由图3.3对比可以发现，工况一的火场最高温度为120℃，而工况二的火场最高温度可达到170℃。在227.4s时，工况一的温度场整体温度非常高，分布均匀，只有木床、茶几北侧和沙发温度较高，其余区域温度基本相同。而工况二在227.4s时火场的温度分布不均，只有客厅有温度的变化，西侧卧室内并无温度的变化，并且最高温度区域的范围比工况一大得多。

四、模拟实验对比分析

由图4.1可以得知，工况一的实际火场温度比工况二的温度要高很多。两种工况下的的初期升温速率基本上相同，但工况一的升温时间更长。在稳定发展阶段工况一的温度任然在缓慢上升，应该是现场烟气在不断积蓄热量，而使温度上升。工况一在223.21s时发生了轰燃，点燃现场可燃气体如一氧化碳等和氧气，但由于工况一的模拟现场处于封闭状态，氧气快速消耗无法支持燃烧，所以火势很快就熄灭了，温度急剧下降。

火灾现场的痕迹是火灾勘查的重中之重。从实验中对比得知，由于开启了通风窗口，火灾现场的痕迹会出现非常大的变化。随着窗口的开启，火场的烟熏痕迹的浓重程度会明显降低。现场的温度整体温度会降低，但起火部位的温度会更高，热辐射量也会更大。工况二现场的氧气与一氧化碳的浓度几乎没有发生变化，且工况一在300s模拟时间内发生了轰燃，而工况二并没有发生轰燃且没有轰燃趋势。综合分析可以得出火灾现场痕迹的对比：工况一的物品烧损情况比工况二严重，烟熏痕迹两边都很严重，但工况二的北墙和东墙更容易形成清洁燃烧痕迹。在全封闭的条件下进入火场，有极大的可能发生回燃。

五、结论

（1）对于应用FDS软件模拟分析本次单室火灾，分析在不同的通风因素下对其火灾痕迹的影响是可行的。通过对这两中在不同通风因素下的模拟实验的分析，真实反映不同通风因素对火灾痕迹的具体影响，为火灾调查方法中的模拟实验提供了一个研究平台。

（2）对火灾是否通风进行对比实验分析，发现了火灾现场的痕迹变化明显，最为明显的就是火灾现场的随着火场通风窗口的封闭，现场的烟熏痕迹会更加的浓重，物品的烧损也更加严重，且现场在前期就会发生轰燃，进入火场时可能发生回燃，这些都是全封闭单室火灾的特点。而随着通风窗口的开启，现场的烟痕会减轻，但起火点附近的壁面上很可能出现清洁燃烧痕迹。由此判断当事人是否说谎，进一步完善火灾调查工作。

（3）由模拟实验所得出的壁面温度可以得知，随着通风窗口的开关，火灾现场痕迹变化剧烈。通过这一点，在火灾勘查中可以通过对物品的受热情况的分析，判断出火场的实际温度范围，甚至用更近一步的研究判断出起火物，起火原因和火灾蔓延情况。

参考文献

[1]吕向阳.数值模拟在火灾调查中的应用研究[D].沈阳：沈阳航空航天大学，2012：1-75.

[2]任中.面向事故调查的火灾数值再现方法研究及应用[D].上海：上海交通大学机械与动力工程学院，2010：1-89.

3945501908299