2018年一級消防工程師《案例分析》備考：火災(zāi)模擬

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　　在火災(zāi)模擬中，影響模擬結(jié)果準確性的因素比較多，如所建模型和實際對象的接近程度、網(wǎng)格的劃分方法、網(wǎng)格的數(shù)量、網(wǎng)格尺寸、湍流模型的選擇、各種計算假設(shè)等因素都會對模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。

　　(一)概述

　　火災(zāi)數(shù)值模擬是火災(zāi)研究的重要內(nèi)容之一，但由于火災(zāi)現(xiàn)象的復(fù)雜性，近幾十年來才建立起描述火災(zāi)現(xiàn)象的實用數(shù)學模型?；馂?zāi)模型主要分為確定性模型和隨機性模型。

　　火災(zāi)數(shù)值模型主要有老師系統(tǒng)(Expert System)區(qū)域模型(Zone Model)場模型(Field Model)網(wǎng)絡(luò)模型(Network Model)和混合模型(Hybrid Model)場模型也即CFD模型，主要是利用計算流體動力學(CFD)技術(shù)對火災(zāi)進行模擬的模型，由于CFD模型可以得到比較詳細的物理量的時空分布，能精細地體現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)象，加之高速、大容量計算機的發(fā)展，使得CFD模型得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　目前用于火災(zāi)模擬的CFD模型主要有：FDS、PHOENICS、FLUENT等。FDS是專門針對火災(zāi)模擬而開發(fā)的CFD軟件，簡單易用。因此，在火災(zāi)模擬中應(yīng)用最為廣泛。而PHOENICS和FLUENT是計算流體力學的通用軟件，將其用于火災(zāi)模擬需要有較強的流體力學背景。因此，應(yīng)用較少。目前，國內(nèi)外對FDS的研究比較多，而對于PHOENICS和FLUENT在火災(zāi)模擬方面的應(yīng)用研究則較少，對各個軟件的對比研究更少。

　　在火災(zāi)模擬中，影響模擬結(jié)果準確性的因素比較多，如所建模型和實際對象的接近程度、網(wǎng)格的劃分方法、網(wǎng)格的數(shù)量、網(wǎng)格尺寸、湍流模型的選擇、各種計算假設(shè)等因素都會對模擬結(jié)果產(chǎn)生影響，怎樣才能使模擬結(jié)果更加準確、可信是一個急需解決的問題。同時，各個軟件都有自己的優(yōu)缺點和適用范圍，對某一工程設(shè)計，如性能化設(shè)計項目，選擇最合適的軟件進行火災(zāi)模擬是一比較重要的問題。因此，為了能夠更好地利用CFD模型進行火災(zāi)模擬，有必要對他們進行系統(tǒng)研究。

　　驗證(veriifcation)與確認(validation)是評價數(shù)值解精度和可信度的主要手段。長期以來，CFD工作者對CFD軟件的驗證與確認工作一直沒有給予足夠的重視。因此，對于計算結(jié)果的可信度，CFD研究人員并不能給出明確的回答。這使得CFD軟件的使用者對CFD也持一種矛盾的心態(tài)，既想利用CFD這種快捷經(jīng)濟的設(shè)計工具，又對CFD的計算結(jié)果心存疑慮。如果有條件，可以結(jié)合數(shù)值計算和模擬實體火災(zāi)的方式，進一步驗證模型的可靠性。

　　(二)選取

　　從軟件易用性來看，火災(zāi)專用模擬軟件相對簡單，在應(yīng)用中不需要作復(fù)雜設(shè)置，使用者只需掌握火災(zāi)基本知識即可得到合理的結(jié)果，而通用CFD軟件對使用者要求較高，使用者需要對流體力學有深入了解，才能得到合理結(jié)果，因此，一般火災(zāi)模擬選擇專用軟件為宜。

　　利用火災(zāi)模型進行數(shù)值分析前，應(yīng)著重考慮該模型對所模擬問題的適用性及預(yù)測能力，一般情況下，需要事先利用相關(guān)試驗(已有其他人員進行的試驗或自己進行相關(guān)試驗)對模型進行確認研究。

　　從模擬準確性來看，火災(zāi)專用模擬軟件由于是專門針對火災(zāi)開發(fā)，在概念模型層面相對于通用軟件更接近于真實模型，其數(shù)學模型更能反映火災(zāi)過程，因此，一般情況下，建議選擇火災(zāi)專用軟件，除非在專用軟件無法模擬的情況下才選擇通用軟件。

　　使用火災(zāi)專用軟件時，應(yīng)著重考慮網(wǎng)格獨立性、邊界條件設(shè)置對模擬結(jié)果的影響，使用通用軟件時，還應(yīng)考慮湍流模型、燃燒模型、輻射模型的選擇。

　　火災(zāi)模型的驗證和確認應(yīng)包含其對各類火災(zāi)參數(shù)的預(yù)測能力研究，如火場溫度、熱輻射通量、反應(yīng)產(chǎn)物的濃度變化(著重研究CO、CO2、煙密度等)火場能見度等。

　　對于通用的CFD軟件，如PHOENICS、FLUENT、CFX等，由于其發(fā)展比較成熟，其程序一般能夠比較準確的反應(yīng)其所確立的概念模型，因此，對這類模型可以著重于確認研究;對于專用火災(zāi)模擬軟件，如FDS等，已經(jīng)進行了較多的確認和驗證工作，對于比較常見的火災(zāi)場景，如建筑室內(nèi)火災(zāi)等，可以直接用來模擬分析，而對一些特殊的場景，如火災(zāi)在狹長雙層玻璃幕墻內(nèi)的蔓延模擬，還需進行進一步確認研究;對于自行編制的火災(zāi)模擬程序，模型的驗證工作是至關(guān)重要的，應(yīng)確保程序能夠準確反映概念模型。

　　用Steckler房間火試驗，對PHONEICS和FLUENT進行了確認研究，就該類實例來說，F(xiàn)LUENT的準確度要高于PHENICS，但就工程應(yīng)用來說，在選擇合理的湍流模型、輻射模型，并經(jīng)過網(wǎng)格獨立性檢驗后，兩者的模擬結(jié)果一般可滿足工程需要。

　　火災(zāi)發(fā)展具有確定性和隨機性的特點，火災(zāi)試驗的影響因素較多，在選擇確認試驗時，應(yīng)盡量選擇可重復(fù)性強的試驗，并應(yīng)注重采用不同火災(zāi)場景下的火災(zāi)試驗對其進行確認研究，以便更好地檢驗?zāi)Ｐ偷目尚哦取?/p>

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　　證書注冊須知：

　　一級消防工程師證書需經(jīng)注冊后生效，申請初始注冊的，應(yīng)當自取得一級注冊消防工程師資格證書之日起1年內(nèi)提出申請。逾期申請初始注冊時，須符合本規(guī)定繼續(xù)教育要求。

　　注冊證的每一注冊有效期為3年。三年之后需要進行延續(xù)注冊，在每個注冊有效期內(nèi)，各級別注冊消防工程師應(yīng)當按照規(guī)定完成相應(yīng)的繼續(xù)教育。