随着现代工业与建筑材料的发展,燃料种类越来越复杂。燃烧系统中各个组分之间除了会发生化学反应,还存在一定的物理作用,如粘性、导热、组分间相互扩散等等。火灾的燃烧问题其实就是多组分的化学反应与湍流流动问题。伴随科技的进步,计算机数值方法成为火灾科学研究的重要手段之一。为了真实地描述燃烧中复杂的化学反应过程,预测多元的产物组分浓度,计算机数值模拟中应用化学动力学机理是十分必要的。然而由于详细化学反应动力学机理规模太大,会带来巨大的数值刚性问题,模拟流动与燃烧化学问题是十分困难的。这极大的限制了CFD方法在复杂化学研究中的应用。而简化的化学动力学机理在保留详细机理某些重要性质的同时,简化了反应步骤,又降低了计算量。简化机理为工程领域中的燃烧数值模拟提供了极大的贡献和潜在的发展空间,是现代化学动力学的一个重要分支。美国国家标准技术研究所(NIST)近期发布的FDS6.0软件采用能够耦合复杂化学反应的涡耗散概念(EDC)燃烧模型。从理论上讲,新模型能够计算更为复杂的化学反应和组分。然而NIST的化学动力学数据库容量有限,且主要针对的是独立的基元反应和单一组分的化学性质,而国际上从低碳到高碳的化学动力学机理均为CHEMKIN格式,也就是说,实际上FDS还无法直接应用这些成果。本文修改源代码,将简化机理嵌入涡耗散概念燃烧(EDC)模型,实现基于化学动力学机理的湍流燃烧数值方法。该方法将FDS与CHEMKIN这两个通用软件的功能相结合,利用CHEMKIN的数据库拓展FDS的应用范围,提高软件的通用性。与快速化学方法相比,简化机理拥有更加丰富的燃料燃烧数据,能够更真实的呈现化学反应过程,捕集到快速化学反应无法预测的产物组分。该模拟方法可为消防工程中材料燃烧的烟气危害性分析提供数据支持。首先,为了验证耦合简化机理的湍流燃烧多维数值模拟方法的有效性,本文将甲烷燃烧的简化机理与FDS进行对接,模拟0.3m直径的甲烷湍流扩散火焰,对比结果说明该模拟方法具有可靠性。其次,本文将新建模拟平台应用于全尺寸的火灾案例,模拟材料不同通风条件下火灾毒性污染物的生成与输运过程,同时评价含氮元素的火灾烟气毒性。