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。那么在这篇文章中，我将详细为大家介绍PyroSim的层状表面的用法，以及其内核FDS的计算原理。

首先要明白的是，FDS是基于流体力学的火灾模拟器，它的计算域实际上是除实体部分外的环境部分，对于模型中的障碍物也是如此，所以为了给予障碍物属性，我们就需要用到层状表面这一概念，而它实际也只是为障碍物的外边界添加上了一个指定的条件。

1、材料层次设置

在PyroSim中添加层状表面，我们需要在材料层次中设置传热模型，可以选择的有1D、1D to 3D和3D，默认使用的是1D模型，1D模型中您可以指定任意厚度的材料层次。

当选用3D模型时，将启用三维算法，假设构成固体的每个障碍物（OBST）都是由不同材料的（MATLs）的混合物组成。固体可以由多个障碍物构建多层，但这些障碍物被捕捉到气相网格上，单元格的大小只能与气相网格大小保持一致。因此，不能像使用1D模型那样指定任意厚度的材料。

选用1D to 3D模型时，也将启用三维算法，可以像1D模型那样指定任意厚度的材料，同时固体也是被假设为多个障碍物构成，由不同的材料混合组成。但传热计算将限制热通量的方向以减少计算复杂度，热通量（包括热辐射和对流）只能沿着该表面的法线方向传递。

（图1：层次表面传热模型）

材料层次指定了表面的属性，所用的每种材料的属性都是自材料列表组中引用的，这些特性表明了这些材料加热的速度，以及它们的燃烧方式和燃烧结果。层级划分指定材料中的哪些层组从表面加热产生蒸汽，例如图2中定义一个以钢为内衬的塑料壳箱的外表面。该箱壳由三层材料组成，层级划分的参数可以设置在0-3范围，若设置为0-1，只有第①层聚乙烯参与表面的加热和反应，设置为1-2，一二两层（“聚乙烯”和“绝缘层”）参与表面加热并产生燃料蒸汽，2-3则同理。若层级层序颠倒，钢层级位于一层时，设置层级划分为0-1时，将不会有任一燃料蒸汽进入箱壳内部，因为钢不会反应。

使用编辑功能为每一的材料设置组分，组分可以是单一的，也可以是混合的，这通常被用来设置那些高度混合的层级材料，而不是类似于层压板一样高度分层的材料。

（图2：层次表面材料层次）

2、表面道具设置

在表面道具选项卡下，初始内置温度设置表面的内部温度，这很好理解。而背面的设置将会影响材料的热传导，对于传热的固体的详细概述，可以参考之前的文章-PyroSim烟气流动模拟分析软件/FDS中的导热。

而背面的设置分为三种类型：气隙、暴露和隔热。

气隙是假设墙壁之间有一个气体间隙，如图4，a、b为墙壁左右的表面设置，间隙内充满环境气体，墙壁表面的背部连通这个间隙，墙体参与热反应时热量将会通过辐射和对流的形式扩散到间隙环境中，不会对另一侧的壁温产生影响。内部的间隙温度可以自定义进行设置。

（图3：层次表面气隙设置）

（图4：气隙背面传热示意）

暴露则是将墙壁一侧表面的背面视作另一侧的表面，如下图6，墙体左侧的热量能够通过左侧表面厚度a的墙体直接传递到墙体的另一侧，但需要注意的是，1D模型下，墙体的厚度必须是一个计算单元格的宽度，也就是说1D下的传热是在一个单元格的相对两侧进行的。3D模型可以忽略这个限制，但是3D传热模型的表面必须是裸露的，其表面不能与任一不具备3D传热表面的固体重合，不然会导致一侧的热量无法通过固体传递到另一侧而发生报错。