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火灾数值模拟研究是现代火灾科学研究的基础性方法。而结合火灾基础理论和实验研究,利用数值模拟方法来模拟建筑火灾过程,再利用虚拟现实技术对火灾场景进行重建则是当今火灾研究的前沿课题之一。
本文利用场模拟方法,针对理想化的三维单室空间,利用大型专业化计算流体力学软件FLUENT,实现对室内火灾发展过程的数值模拟,并提出了火灾场景虚拟现实技术的实现方法。
气体泄漏火灾发展过程包括多相湍流流动、燃烧、传热多个分过程,实际的火灾是一个非常复杂的过程。为了再现火灾中温度场分布及气体流动过程,本文将火灾中的气体流动视为单相、低马赫数、不可压缩过程,并对气体火灾所导致的热烟气流动过程进行模拟。采用了适用范围广的标准k-ε湍流模型模拟气相湍流输运,用混合分数概率密度函数PDF模型模拟气相湍流燃烧,用P-1辐射模型计算辐射传热。
控制方程具有非线性、相互耦合的特点,论文中运用控制容积法对守恒方程进行离散。并对离散化后的代数方程组联立求解,其中压力与速度间的耦合采用SIMPLE算法处理。
在研究虚拟现实技术基础上,提出了火灾场景虚拟现实技术的实现方法。论文针对室内火灾进行了数值模拟,并建立了三维立体的虚拟场景。
论文的研究对火灾安全教育、消防指挥、建筑的安全性设计以及应急疏散都有较好的应用价值。