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火灾调查的数值模拟研究

发表时间：2021/6/16 来源：《城市建设》2021年6月作者：杨晓勇

[导读] 在快速发展的社会中，社会火灾事故率呈逐步上升的趋势，需要科学合理、有效的火灾调查工作。在实际火灾调查过程中，可以合理地运用数值模拟技术更好地分析火灾情况，更好地进行火灾调查，使火灾得到满足，从而在实际火灾调查过程中获得更加理想的结果。

张掖市消防救援支队支队长杨晓勇

摘要：在快速发展的社会中，社会火灾事故率呈逐步上升的趋势，需要科学合理、有效的火灾调查工作。在实际火灾调查过程中，可以合理地运用数值模拟技术更好地分析火灾情况，更好地进行火灾调查，使火灾得到满足，从而在实际火灾调查过程中获得更加理想的结果。本文对数值模拟技术在火灾调查中的应用进行了详细的分析探讨。
关键词：火灾调查，数值模拟，研究
        引言
        随着现代科学技术的不断进步，新技术和新方法的应用范围越来越广，并在社会的各个行业和领域中发挥着重要的价值。在目前的火灾调查工作中，逐渐采用各种现代技术手段和方法，其中之一就是数值模拟技术，可以用来模拟火灾的具体情况。然后对火灾的情况进行分析，不仅能够让火灾调查工作获得预期的效果，而且可以提高火灾调查人员的工作效率。
        一、当前火灾数值模拟技术中比较常用的火灾数学模型
        在当前的火灾调查工作过程中，可以通过使用计算机技术来实现与火灾过程相关的数据的模拟，并建立可以复制火灾现场的火灾数据模型，从而了解实际火灾情况。在火灾调查过程中，对火灾发生过程进行数值模拟是非常关键的补充性材料，对火灾过程进行的计算机数值模拟，具有周期短、经济性低的特点，可以促进比较实验的发展，属于消防研究领域，是一种新的有效手段。在火灾调查过程中，可以使用计算机数值模拟技术更好地解决难题。最直接的表示是对火灾发生和发展过程的模拟，能够分析火灾的起火点和造成人员伤亡的原因。数值模拟技术的关键就是火灾的数学模型，在对同一火灾过程进行模拟式时，运用不同的火灾数学模型可以让算结果更加的准确。在现在的数值模拟技术的中，应用的火灾数学模型主要有：网络模型、区域模型、经验模型和场模型。
        （1）网络模型
        运用网络模型的过程中，需要把整个建筑物当成整体系统，把建筑物中的密闭空间当成网络节点，使用气流路径连接网络节点，并根据以下情况使用节能方法。研究整个建筑物内的气流、烟雾排放和压力分布，从而能够评估建筑物内严格控制系统的有效性，并更好地分析消防安全性。
        （2）区域模式
        对于区域模型，是指将要研究的密闭空间划分为不同的区域和边界之间一致地设置相关的物理参数。在区域模型中，整个建筑物可分为两部分，上部由热轧层组成，下部由冷空气层组成，不仅影响着火的发生，而且还简化的物理模型，还可以执行过程模拟，并研究火灾后烟雾的扩散和产生，在火灾危害分析和设计防火任务中具有广泛的应用。
        （3）经验模型
        经验模型主要是通过在实验测试以及实际工作经验中获得的数据，在此基础上，采用数学方法进行简化，然后结合热物理参数进行构建的数学模型。当前，随着火灾的深入研究，对于火灾数据和经验的积累也在不断的增加，并且对于积累的数据和经验，可以实施模型构建以对火灾发生进行更好的评估。
        （4）场模型
        场模型也称为领域模型，主要以三维形式表示火灾现场，三维空间中的每个点都对应一个特定的属性值，火灾的复杂参数被引入到现场模型中。由计算机测量火参数的变化量。在数值模拟技术中，现场模型的计算精度很高，主要用于某些密闭空间的火灾调查研究。在火灾现场模拟的情况下，主要是一种计算状态参数以模拟与火灾发生有关的图形方法。对于计算机技术的运用，可以在实际的火灾发生过程中，对各种参数的实际变化和分布进行整理和计算，把复杂的变量融入到火灾的现场模型中，并在此基础上，在实际发生火灾的过程中准确地计算出相关变量。目前，在火灾发生过程的研究中，现场模型是可以精确计算的数学模型，在实际应用中具有非常明显的优势，在火灾调查中的运用范围在不断的扩大。

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同样，对于领域模型，实质上是一个基于质量、动量、能量守恒和化学反应定律的相对复杂的湍流动力学模型。
        二、应用数值模拟技术的具体步骤
         （1）模拟场景构建和网格分割
        在火灾现场的数值模拟方面，模拟场景设置的准确性和合理性非常重要，因此在进行数值模拟之前，需要了解建筑物的各个方面，如建筑物的高度以及建筑物的面积。对于装饰材料以及用途，在发生火灾时，需要运用多种方法检查各种相关事实和证据，以明确火灾的发生和情况。但是，基于此信息，可以建立相关的模型，必须建立相似的材料、环境和边界条件，并且必须建立等效的火源。仿真结果的准确性对于确保燃烧过程、边界条件以及火场条件的一致性非常重要。而且，对于计算结果，精度与模型设置的精度有一定关系，并且与网格划分有着密切的关系。在网格划分方面，首先检查是否可以包含已构建的模型，并且如果模型区域较大，则应将其划分为多个计算区域。在某些可能引起火灾的严重区域中，可以对网格进行部分加密，而对其他区域则可以适当减轻。但是，需要测试网格的独立性并调整时间步长以确保选择的计算程序，可以达到准确可靠的结果。
        （2）模拟结果分析
        第一，着火点分析
        就火灾现场而言，由于火灾本身的破坏性以及火灾救援操作的可变性、突然性和破坏性，这些特性的存在增加了火灾现场的复杂性，增加了火灾调查的难度。对于火灾证据的收集具有一定的误导性，对于比较有价值的火灾调查线索进行了销毁，有时会误导火灾调查人员对火灾的着火点和原因的判断。为了在实际火灾调查过程中准确确定着火点，有必要通过基于数值模拟技术设置不同潜在着火点的位置进行仿真。根据模拟火灾发生、烟气扩散和烟气扩散温度变化等相关条件，通过比较调查报告可以准确判断出火点的位置。
        第二，分析起火原因
        着火是一种事故类型，其着火点是由于周围可燃材料着火而进一步发展，并严重危害人身和财产安全。在实际的火灾调查过程中，有关人员可以根据现场调查情况提前确定起火原因，并结合实际经验，在此基础上，运用数值模拟的方法对火灾现场进行重现。在数值模拟的过程中，起火过程、烟气扩散过程和温度分布是分析起火原因的重要图，通过起火过程可以观察到起火阶段，并可以对其进行判断。作为可燃材料，判断通风对着火点的影响，并且建筑物的结构阻碍了火的蔓延。另外，该模型的烟气扩散和温度分布分析可以与实际情况进行比较，以获得火势蔓延方向和实际燃烧情况。
        第三，火灾隐患分析
        对于火灾调查工作，非常重要的目标之一是通过总结消防工作的经验和教训并提出相关的预防措施来减少发生火灾的可能性。在火灾经验总结和预防措施方面，对火灾隐患的原因的清楚了解起着重要的作用和意义，并且通过对火灾过程的详细分析，可以找到火灾发生和人员伤亡的确切原因。通过应用火灾数值模拟重建技术，可以模拟火灾的蔓延，并可以与火灾现场调查核实结果进行相互验证，从而再现真实的火灾发生过程，为更好地开展消防工作提供更好的理论基础。
        结语
        当前，在进行火灾调查的过程中，数值模拟技术的应用越来越多，地位也在不断的提升。在火灾调查工作过程中，相关的火灾调查人员需要不断的研发数值模拟技术，并在此基础上全面合理地获取其应用，从而使火灾调查工作取得较好的效果，并做好火灾调查工作，更好地开发和部署技术支持。
参考文献
[1]缪旭锋，王家春.计算机模拟技术在火灾调查中的应用[J].电子世界，2017，（14）：176.
[2]张伟.浅谈数值模拟技术在火灾调查中的应用[J].科技视界，2012，（25）：373-374.
[3]吕向阳.数值模拟技术在火灾调查中的应用研究[D].导师：谢妉.沈阳航空航天大学，2012.