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消防科学与技术

消防科学与技术 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (12): 1692-1697.

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基于大涡模拟的火灾数值模拟网格划分优化方法

辛海林，魏 峥，杨培中   

  1. （上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240）
  • 出版日期:2022-12-15 发布日期:2022-12-16
  • 作者简介:作者简介：辛海林（1997- ），男，河南平顶山人，上海交通大学机械与动力工程学院硕士研究生，主要从事火灾事故的数字化重构研究，上海市闵行区东川路800号机械与动力工程学院B楼225室，200240。
  • 基金资助:
    ：国家自然科学基金项目“基于结构塌落的高层建筑火灾事故逆向动力学研究及应用”（11672184）

Mesh optimization method for fire numericalsimulation based on LES

Xin Hailin, Wei Zheng, Yang Peizhong   

  • Online:2022-12-15 Published:2022-12-16

摘要： 摘 要：网格划分是火灾数值模拟的重要环节，对模拟结果的精度以及模拟时间有很大影响。针对火灾数值模拟中的网格划分问题，提出了一种基于大涡模拟的网格划分优化方法。根据大涡模拟的原理，给出了滤波尺度的计算方法，并根据滤波尺度和网格比系数对火场中不同区域的网格尺寸进行优化处理。将优化方法应用于高层建筑火灾的数值模拟，运用FDS软件分别针对优化前网格、优化后网格以及精细网格进行数值模拟，对不同网格划分下的温度、氧气和二氧化碳体积分数进行比对。结果表明：网格优化后，模拟结果与精细网格之间相关系数的均值为0.987，保证了模拟精度；同时，模拟运行时间降低为精细网格的16%，有效提升了火灾模拟的计算效率。

关键词: 关键词：网格优化, 火灾模拟, 大涡模拟, 高层建筑

Abstract: Mesh division is an important part of fire numerical simulation, which has a great influence on the accuracy of simulation results and simulation time. Aiming at mesh division in fire numerical simulation, a mesh optimization method based on Large Eddy Simulation (LES) is proposed. According to the principle of decomposing motion signals in LES, a calculation method of filter scale is proposed, and the grid sizes of different areas in the fire field are optimized and adjusted according to filter scale and grid ratio coefficient. The optimization method is applied to a high-rise building fire simulation, and FDS software is used to carry out numerical simulations on the pre-optimization mesh, post-optimization mesh and fine mesh respectively. Temperature, oxygen and carbon dioxide volume fractions of different mesh division are compared. The results show that: after mesh optimization, the mean value of the correlation coefficient with the fine grid simulation results is 0.987, which ensures the simulation accuracy. At the same time, the simulation running time is reduced to 16% of the fine grid, which effectively improves the computational efficiency of fire simulation.

Key words: mesh optimization, fire simulation, large eddy simulation, high-rise building