基于碳黑痕跡的火災(zāi)數(shù)值模擬研究及應(yīng)用.pdf

1、火災(zāi)事故發(fā)生頻繁,往往造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,因此查明火災(zāi)原因,認(rèn)定事故責(zé)任顯得非常重要。在火災(zāi)中,火場的各種痕跡物證,可直接或者間接地證明火災(zāi)發(fā)生的時間、起火點位置、起火原因和蔓延的路線等。碳黑痕跡,是火場中最常見的痕跡特征之一,是查明火災(zāi)原因的重要依據(jù)。本文對碳黑痕跡的數(shù)值模擬方法進行了研究,并將其應(yīng)用于火災(zāi)事故的數(shù)值重構(gòu)中,不僅可以提高火災(zāi)事故重構(gòu)的可靠性,還可以提高火災(zāi)事故重構(gòu)的效率。
　　首先,本文提出了火災(zāi)中碳黑

2、痕跡的數(shù)學(xué)建模方法,并建立了碳黑痕跡的數(shù)學(xué)模型。將湍流中顆粒沉積理論中的經(jīng)驗公式法應(yīng)用到煙氣顆粒的沉積計算,結(jié)合流體邊界層速度相關(guān)理論,建立壁面單位面積上沉積的碳黑顆粒的質(zhì)量與時間等因素的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。從火災(zāi)數(shù)值模擬的環(huán)境出發(fā),推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型的求解方法和求解過程。
　　其次,本文開發(fā)了基于碳黑痕跡的火災(zāi)數(shù)值模擬系統(tǒng)。將碳黑痕跡數(shù)學(xué)模型進行離散化、數(shù)值化,然后利用FORTRAN語言開發(fā)了碳黑痕跡的數(shù)值計算模塊。利用FDS軟件開放的源

3、代碼,將碳黑痕跡計算模塊與FDS軟件的火災(zāi)模擬相結(jié)合,開發(fā)了基于碳黑痕跡的火災(zāi)數(shù)值模擬系統(tǒng),并利用MFC為該系統(tǒng)設(shè)計了可視化的用戶界面。該系統(tǒng)實現(xiàn)了煙氣流過壁面時形成的可視化痕跡的數(shù)值模擬。通過輸入?yún)?shù)的設(shè)置可在數(shù)值模擬環(huán)境中設(shè)定測點記錄任意時刻壁面單位面積顆粒的沉積總量,可實現(xiàn)對碳黑痕跡的定量分析。在此基礎(chǔ)上對典型的碳黑痕跡的形成規(guī)律進行研究和總結(jié),并利用該系統(tǒng)進行模擬,模擬結(jié)果與實際觀察結(jié)果進行對比,驗證了碳黑痕跡數(shù)學(xué)模型的正確性與

4、適用性。
　　最后,本文將碳黑痕跡數(shù)值模擬方法應(yīng)用到實際火災(zāi)事故的數(shù)值模擬中,驗證了本文提出的數(shù)值模擬方法的可靠性。以上海某建筑火災(zāi)為例,通過火災(zāi)調(diào)查報告和現(xiàn)場觀察結(jié)果將火勢的發(fā)展和模擬結(jié)果進行對比,建立合理的結(jié)構(gòu)模型。利用碳黑痕跡數(shù)值模擬系統(tǒng)模擬火災(zāi)中產(chǎn)生的碳黑痕跡,將典型位置的碳黑痕跡與現(xiàn)場進行對比,發(fā)現(xiàn)具有很好的吻合度。然后在模擬環(huán)境中設(shè)置數(shù)十個測點,記錄任意時刻的碳黑顆粒沉積到壁面上的質(zhì)量,在此基礎(chǔ)上建立沉積的質(zhì)量與時間的