在PyroSim和FDS中定义火灾和燃烧有许多不同的配置和方法，每种方法都涉及许多不同的工程决策，这使其成为火灾建模中的一个复杂主题。需要多年的经验才能了解此过程所涉及的所有复杂性。

在本教程中，我们将定义简单的火灾模型：燃烧器火灾。燃烧器火灾只能由以下两个组件定义：

反应

    反应是控制PyroSim和FDS中燃烧的两组主要参数之一。它为单个化学反应定义了一组特定的参数。这种化学反应定义了反应物原子如何结合以在模型中产生副产物和热量。另一组参数（燃烧组）定义适用于模型中所有反应的参数，因为在单个模型中可能定义了多个反应。

表面

    表面是一组参数，用于定义构成火灾模型中实体或开口的一组物理特征。PyroSim和FDS使用的默认表面是表面。表面是具有与模型中的环境温度相等的固定温度的表面（稍后会详细介绍）。

    简而言之，反应是一组属性，用于定义模型中火灾的化学行为，而表面是一组应用于模型中实体或开放表面的物理属性。如果模型中存在物理性质和反应特性的正确组合，就会发生燃烧。

    在本教程中，我们将保持简单，只需使用PyroSim反应库中的反应并创建一个基本的燃烧器表面。

5.1.添加反应

    要从PyroSim反应库添加反应，请执行以下步骤：

1. 使用“模型>编辑反应”或双击导航视图中的“反应”条目打开“编辑反应”对话框。
2. 在“编辑反应”对话框中，单击“从库添加”。
3. 在对话框的右侧，选择SFPE WOOD_OAK反应。
4. 单击左侧箭头将反应添加到模型中。
5. 单击“关闭”。

注意：

    请注意SFPE WOOD_OAK反应的“编辑反应”对话框中的“描述”字段。PyroSim库中的所有反应都提供了在此描述字段中创建反应时使用的参考。该字段也会作为仅供参考的条目写入FDS输入文件。

6. 单击“确定”关闭“编辑反应”对话框。

图17.从PyroSim反应库添加反应。

    现在，您已向模型添加了反应。

5.2.创建表面

    我们将在本教程中定义一个简单的燃烧器表面。 您可以将这些表面视为只是从固体对象中喷射气体燃料或应用它们的开口。 然后这种燃料点燃，充当燃烧器 - 因此得名“燃烧器表面”。

    要创建燃烧器表面：

1. 使用“模型>编辑表面”或双击导航视图中的“表面”条目打开“编辑表面”对话框。
2. 在“编辑表面”对话框中，单击“新建”。
3. 在“新建表面”对话框中，输入名称“火源”，并将“表面类型”设置为燃烧器。

图18.创建燃烧器表面

    创建此表面的last step是设置此表面的热释放速率。这是使用单位面积的热释放率字段 （HRRPUA）完成的。请记住，表面只是应用于物理对象的一组属性，因此某些属性（如热释放速率）会随着对象的大小而缩放。根据面积定义这些使这种比例统一且可预测。

    HRR的选择是前面提到的要注意和考虑的工程决策之一。在本教程中，我们将使用马里兰大学燃烧项目数据库中提供的带弹簧床垫的数据，该数据库规定Max放热率为660kW。 我们将表面应用于我们之前创建的1m x 1m防火障碍物，因此我们可以为HRRPUA输入值660。 但是，如果将来使用此类数据，则需要根据应用表面的物理对象的面积转换此值。

4. 在 HRRPUA 字段中输入值660。
5. 单击“确定”关闭“编辑表面”对话框。

图19.设置燃烧器表面的热释放率

    您现在已经在火焰模拟中创建了一个燃烧器表面！

5.3.将表面应用于障碍物

    在我们的简单模型中定义火灾的后一步是将我们刚刚定义的Surface属性应用于我们在4章中创建的障碍物的顶部。为此：

6. 双击“导航”视图中的“火源”障碍物以打开其“ 障碍物属性”对话框。
7. 切换到表面选项卡。
8. 选择“多个”单选按钮。
9. 单击“Max Z”旁边的“表面”列，然后选择我们之前创建的“火源表面”。

注意：

    我们选择此处的“多个”单选按钮是因为我们希望将多个不同的表面应用于该障碍物的不同面。我们希望将其中大部分保留为默认的INERT表面，但我们希望顶部表面（Max Z）是我们的Fire表面，当我们运行模拟时，它将燃烧。

10. 单击“确定”应用我们的表面并关闭“障碍物属性”对话框。

    如图20所示，“火源”障碍物的顶部表面将颜色更改为“火源”表面属性中定义的颜色，以表示已应用新表面。

图20. 将燃烧器表面施加到“火”障碍物上。

您现在已经应用了表面，并且模型中的火已经定义！在准备好运行模拟之前，只需完成两个步骤。

6.网格

    创建火灾模型的下一步是定义网格。网格定义FDS用于模拟模型的三维计算域。FDS使用网格将模型分解为不同的单元，然后每个单元用于一系列计算。作为一般规则，随着单元大小的减小，FDS模拟对您提供的输入的准确性也会提高。但是，这也会增加完成模拟所需的时间。此规则也有例外，但我们不会在此处介绍这些例外情况。

这种权衡使网格定义成为定义模型时将做出的更重要的工程选择之一。您需要选择一个网格尺寸，以平衡仿真时间与模型精度。

在本教程中，我们将保持简单。因为这是一个如此简单的模型，我们将创建一个均匀的网格，而不必太担心这里的平衡行为。该模型较小，即使使用较精细的网格，仿真时间也会很短，并且在教程中不考虑准确性。

6.1.创建网格

要创建网格：

1. 使用“模型>编辑网格”或双击导航视图中的“网格”条目打开“编辑网格”对话框。
2. 在“编辑网格”对话框中，单击“新建”。
3. 在“新建网格”对话框中，输入名称“我的网格”，然后单击“确定”。

图21.创建网格

    默认情况下，PyroSim将使用捕捉到的模型的Max和Min几何边界来创建网格。在大多数使用计算流体动力学工具（如FDS）的场景中，您会希望模型的边缘和计算域的边界之间有一个物理间隙，以便进行任一边界层开发。我们将在这里制造这种差距。

4. 在“编辑网格”对话框中，选择“我的网格”。
5. 将“MinX”设定为-3.0。
6. 将“MaxX”设定为8.0。
7. 将“MinY”设定为-3.0。
8. 将“MaxY”设定为8.0。
9. 将“MinZ”设定为-0.2。
10. 将“MaxZ”设定为8.2。
11. 单击“应用”。

图22.扩展网格

    网格现在略微扩展，偏离了模型的边界。请注意，此处的例外是网格的Min Z。这是我们网格的底部，对于这个模型，它代表地面。因为我们对地下效应不感兴趣，所以我们将此值设置为模型的Min Z值。

    现在已经设置了网格的边界，后一步是设置单元大小。此网格的当前单元格大小为0.44m x 0.44m x 0.4m。对于每个维度，这表示网格的总长度除以该方向上的单元格数。以X维度为例，0.44m是将X范围11m除以X方向上的单元数25的结果。

    要更改单元格大小，我们需要更改每个维度中的单元格数量。为此：

12. 在“编辑网格”对话框中，选择“我的网格”
13. 将X单元格设置为50
14. 将Y单元格设置为50
15. 将Z单元格设置为40
16. 单击“确定”应用更改并关闭“编辑网格”对话框

图23. 更改网格的单元格大小

    请注意这对网格的影响。单元格大小已从0.44m x 0.44m x 0.45米更改为0.22m x 0.22m x 0.21米。单元格的每个尺寸都被切成两半。但是，请注意网格单元数的变化。它增加了八倍，从12500增加到100000。这种变化将提高模拟的准确性，但也会增加计算成本。

注意：

    您还可以通过单击显示每个维度大小的单元格大小旁边的超链接来设置单元格大小。在打开的“设置单元格大小”对话框中，输入要用于单元格的边长，PyroSim将执行该计算，以便在给定网格大小的情况下获得该大小的立方体单元格。

您的网格现已设置完毕，可供使用。