许多用户在使用PyroSim的层状表面时常常会有疑惑,如1D与3D传热的区别、层状表面为何有时并不燃烧,我的表面传热没有达到我想要的结果等。这篇文章将接着上一篇介绍后三种设置:热的设置、几何体设置和反应设置。

 

  • 热的设置

层次表面热选项卡下主要设置表面的对流传热模型,这里我们通常有三个选择:默认、对数和指定传热系数。

对于默认,壁的对流换热考虑的是自然对流和强制对流取其大值进行计算,且障碍物被视作平整的板,雷诺数小于108

对数则是针对特殊的对流情况,默认情况下,强制对流是气流平行于平板流动,而当气流是一个沿法向和朝向表面的冲击射流时,速度的切向分量在冲击点不能很好地解决。如果表面可能受到冲击流或停滞流(火灾中,通常涉及火源上方的天花板),选择对数是一个很好的解决办法。

指定传热系数需要手动输入自定义的传热系数值。 

 

图8:层次表面热选项

层次表面的热边界条件无需额外设置。

 

  • 几何体设置

尽管燃烧的实际物体可能是不规则的,但FDS中的所有物体终都被视作一个具有方形截面的规则立方体,它们的边界面都被视为平面。在计算具有球体、管道形状的物体传热时,就可以使用几何体设置。

改变表面的几何形状后,在执行内部热计算时,表面将被视作真实圆柱体或球体的传热结构,例如修改为圆柱形的,此时会假设在整个物体周围都有一个均匀的热通量。虽然这不是一个理想的固相传热方法,但几何体的设置能够为气相的计算提供一个较为合理的边界表面温度。 

 

图9:层次表面几何体选项

 

  • 反应设置

层次表面的反应默认情况使用材料支配,材料的热解、燃烧取决于材料设置中的热解反应设置,燃烧热解受所有材料的热解反应控制,详细设置请在材料的热解选项下查看。

当材料的燃烧不明晰,或者需要人为加快模拟速率时,可以选择手动支配。在手动支配下,材料的热释放速率可以由单位面积热释放速率或质量损失率参数决定,真实的热释放速率等于参数与实际模型表面积的乘积,在时间上升中设置其热释放变化率。

熄灭系数是一项特变的参数,在火灾模拟过程中,物体的燃烧会受到洒水器的压制,在FDS计算中使用熄灭系数来简化水流对燃烧物的影响过程,它假设水撞击燃料表面会从热解过程中带走能量,从而减低燃料的燃烧速率。熄灭系数对燃烧的抑制是指数上升的,并且只有在喷淋作用到燃烧物时才会启用。

点火装置设置层次表面的引燃条件,立即点燃使其在模拟开始时燃烧,燃点使表面温度达到燃点后进行燃烧,蒸发热是为了考虑固体燃烧汽化时的能量损失。

点击勾选允许烧掉障碍物后,可燃固体在被消耗后消失。若不勾选,固体燃烧后,其表面温度将会变为背景环境温度,对流热通量为0。值得注意的是,在可燃固体消失后,内部新暴露的固体具有相同的表面,且表面温度为默认环境温度,但是会快速升温,这也意味着使用该功能的固体所有表面应该是一致的。

 

 

关于PyroSim层状表面的具体应用(二):热的设置、几何体设置和反应设置

2024-10-09

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