开源火灾动力学模拟器：FDS

• 流体力学模型    

  FDS通过数值方法求解一种适用于低速、热驱动流的NS方程形式，特别关注火灾产生的烟雾和热量传输。核心算法采用显式预测-校正方案，空间和时间上均为二阶精度。湍流通过大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）来处理。如果底层数值网格足够细密，也可以进行直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，DNS）。
• 燃烧模型    

  对于大多数应用，FDS采用单相、混合控制的化学反应，使用三个组分集 合（代表一组组分）：空气、燃料和产物。默认情况下，后两个集 合组分被显式计算。还提供了选项以包含多反应及非必须混合控制的反应。
• 辐射传递    

  模型通过求解灰体气体的辐射传递方程来考虑辐射热传递，在某些特定情况下使用宽波段模型。该方程的求解采用了类似于对流传递的有限体积法，因此得名有限体积法（Finite Volume Method，FVM）。利用大约100个离散角，有限体积求解器约占计算总CPU时间的20%，考虑到辐射热传递的复杂性，这一成本较为适度。气体-烟炱混合物的吸收系数通过RadCal窄带模型计算得出。液滴能吸收和散射热辐射，这在涉及雾化喷头的情况下尤为重要，但也在所有喷水器案例中发挥作用。吸收和散射系数基于米氏理论（Mie theory）。
• 几何结构    

  FDS在矩形网格上近似求解控制方程。矩形障碍物需顺应底层网格。
• 多网格    

  这一术语用于描述在一个计算中使用超过一个矩形网格的情况。对于难以用单个网格嵌入的计算域，可以指定多个矩形网格。
• 并行处理    

  FDS采用OpenMP编程接口，该接口能利用单台计算机上的多个处理单元。而对于计算机集群，FDS则采用消息传递接口（Message Passing Interface，MPI）。
• 边界条件    

  所有固体表面均被赋予热边界条件以及材料燃烧行为的信息。与固体表面的热质交换通常采用经验关联处理，但在执行直接数值模拟（DNS）时，也可直接计算热质交换。

 

• FDS官网地址：https://pages.nist.gov/fds-smv/
• Github仓库地址：https://github.com/firemodels/fds

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