1. 简介

FDS的改进，可更好地理解PyroSim和FDS的用户应用程序。如果隧道发生火灾，烟雾和加热的燃烧产物会上升到隧道顶部并横向扩散。

图1. 无通风气流。

NFPA502公路隧道、桥梁和其他有限通道公路标准将临界速度定义为“隧道或通道内向火灾移动的通风气流的很小稳态速度，这是防止火灾现场回流层现象所必需的。

图2. 在临界速度下，通风气流可防止回流层现象。

NFPA502提供了两个方程，通过迭代同时求解，可用于计算临界速度。

临界速度

火灾现场气体平均温度

这里：是临界速度（米/秒），是弗劳德数因子（0.606），是等级因子（1表示级别），是重力加速度（米/秒2），是隧道的高度（m），是火向空气中增加的热量（千瓦），是上游空气的密度（kg/m3），是空气的比热（千焦/千克K），是隧道面积（m2），是火灾现场气体的平均温度（K），并且是进场空气的温度（K）。

2. 实验数据

梅尔夫阿勒泰模拟的实验在纵向通风隧道火灾中临界速度和回流层长度研究中进行了描述。特别是，阿勒泰正在对隧道A进行建模，该隧道具有250x250mm的方形横截面和12m的长度，由1mm不锈钢制成。火源是一个直径100mm多孔燃烧器，使用丙烷作为燃料。通过测量隧道天花板以下的气体温度来确定背层长度。实验结果如下所示，包括相应的NFPA502计算。

图3. 比例模型隧道实验结果.

可以看出，缩放模型实验与NFPA502计算之间存在一般相关性，NFPA502计算预测的临界速度略低。

3. 模拟

梅尔夫阿勒泰的模型如图4所示。通风速度在入口处定义，在出口处使用开放边界条件。火灾使用圆形通风口几何形状，计算放热率（HRR）以给出所需的实验值。中间火灾区域的网格使用0.0083x0.0083x0.0083m.入口和出口网格的尺寸为0.0167x0.0183x0.0167m。对于HRR为2.0kW，D*/10给出的网格尺寸为0.0080m，因此预计火灾区域中的网格足以模拟火灾，但这尚未得到网格尺寸研究的证实。

图4. 实验规模隧道模型。

4. 数值不稳定性

使用FDS6.4.0时，该解决方案会导致数值不稳定误差。梅尔夫阿勒泰向NIST Issue Tracker报告了这个问题，NIST的凯文·麦克·格拉顿确定该问题与动量方程中气压斜转矩项的计算有关。FDS6.4.0中使用的近似值对于大多数几何形状都令人满意，但在长而密封的隧道中可能会失效。

为了改进计算，麦克实施了“一个迭代方案，使得我们在当前的压力迭代方案中迭代”气压斜项“pgrad（1/rho），我们用它来强制压力和速度在网格边界处匹配。这似乎解决了问题，如果在进一步测试后得到确认，将包含在下一个版本的FDS中。

5. FDS临界速度计算

使用改进的新FDS，已经完成了比例模型隧道的临界速度的一些计算。下图显示了三种不同通风流速的温度等值线的结果。温度的位置可用于识别回流层的长度。

图5. HRR为16.7kW和通风速度为0.5m/s的温度等值线，t=20秒时。回流层正在从火灾位置向上游移动。为了清晰起见，温度等值线被剪到高200（200–1500C的值显示为红色）。

图6. 在t=16秒时，HRR的温度等值线为7.0kW，通风速度为6.20m/s。回流层大约在火灾位置，很缓慢地向上游移动。为了清晰起见，温度等值线被剪到高200C（200–1500C的值显示为红色）。

图7. HRR为16.7kW的温度等值线和0.7m/s的通风速度在t=20秒时。回流层在火灾位置的下游大致是静止的。为了清晰起见，温度等值线被剪到高200C（200–1500C的值显示为红色）。

这些结果表明，在这种情况下，计算出的FDS临界速度介于和之间。实验测量值是FDS计算与实验之间存在良好的相关性。0.6m/s0.7m/s0.67m/s

6. 补充说明

默认情况下，PRESSURE_TOLERANCE为20/δx2，其中δx是特征格网像元大小，MAX_PRESSURE_ITERATIONS的默认值为10。