系統識別號 | U0002-2708200715154600 |
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DOI | 10.6846/TKU.2007.00896 |
論文名稱(中文) | 火災模擬器之實驗與數值分析 |
論文名稱(英文) | Numerical Simulation and Experimental Diagnosis of a Fire Simulator |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 95 |
學期 | 2 |
出版年 | 96 |
研究生(中文) | 廖俊傑 |
研究生(英文) | Chun-Chieh Liao |
學號 | 694370064 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2007-07-23 |
論文頁數 | 94頁 |
口試委員 |
指導教授
-
湯敬民
委員 - 高崇洋 委員 - 陳增源 |
關鍵字(中) |
FDS 火災模擬器 V型駐焰器 熱釋放率 |
關鍵字(英) |
FDS fire simulator V-gutter heat release rate |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
長久以來火場的災害造成人類重大損失,本研究利用根據計算流體動力學(CFD)模式所建構之火災動態模擬(FDS)程式來進行火災模擬探討;再輔以實際燃燒爐實驗之量測結果,將模擬與實驗之數據相互比照,以探討實際燃燒之過程。 本研究以建構火災模擬器來模擬火災場景裡的三種火焰型態,在三種不同場景之燃燒模擬過程中,將對燃燒爐內的氣體成分、濃度、溫度和速度等參數之分布情形,以及與時間函數做資料的擷取和結果的探討。其後再個別將模擬與實驗的火燄分佈及溫度做對照,來加以評估模擬情境之可信度。 模擬數據結果得知,火源所置的地點影響著區劃空間中溫度的 擴散情形,燃燒過程中對於氣體的流動上亦會造成渦流的產生,並發現到渦流大都是因為熱氣流的上升再碰撞至障礙物、天花板或是冷熱氣流交替的關係而產生,且當流場氣流擾動能越大表示其燃氣混合效應越好,對於燃燒之情形更加有助焰之效果。在燃料、氧氣與一氧化碳量的計算裡發現到,於開放性空間自然對流下,無論何種燃燒場景下,由開始燃燒至5秒後其曲線變化便不再繼續增加或減少的趨勢,且到達至某定值後便會保持在於平穩的狀態上。 模擬與實驗中的溫度曲線圖及火焰分佈的狀態關係可判定出,於天花板上的延燒情形下,對於在火場裡的人們危害性是最低的;所量測之溫度值,在整體性上其中V型駐焰器溫度平均誤差約為11℃或11.7%,長型燃氣出口溫度平均誤差約為9℃或8.03%,方型燃氣出口溫度平均誤差約為26℃或8.9%,就大區域的火災溫度測量上,此結果可算是相當吻合。 本研究初步驗證火災模擬器火焰的可控制性與實驗過程的安全性,並確定此FDS可用於火災模擬器下的火災模擬,對於往後進步一的研究下,可依FDS先行模擬之結果來判斷實驗中可能遇到的困難及危害性,進而加以預防提高實驗之成功率與準確性。 |
英文摘要 |
The occurrence of fire has always caused a great calamity to mankind. How to carry on the rescue in the fire scene, reduce the injury when the fire occurs, resist expansion of the scene of fire and prevent the occurrence of the fire, etc, are the key subjects that people concentrate for a long time. In this thesis, we use Computational Fluid Dynamic (CFD) software: Fire Dynamics Simulator (FDS) program to simulate the discussion, solving the numerical solution in Navier-Stokes equation. FDS can be used for establishing the conditions similar to fire scene and shows the situation of dynamic simulation. In this thesis, we regarded propane gas as single gas, and measure with three different kinds of gas exporting type and fire source places. In the course of burning simulation of three kinds of different scenes, we are going to discuss following parameters, such as gas composition, thickness, temperature and speed in the combustion furnace and verify the simulation and experiment. The result of simulation shows that the place which putting fire source could influence the diffusion situation of temperature in the space. We also found that the vortices created because of the rising of the hot air collide to the barrier and ceiling or exchange of cold and hot air. From the results of experiment and simulation, we found the average temperature difference were about 11℃ or 11.7% which measured in V-gutter flameholder, 9℃or 8.03% in gas burner and 26℃ or 8.9% in storage fire simulator. The result in simulation is consistence with experiment. This thesis verified the control of flameholder of fire simulator and safety of experiment process at first and confirmed that the FDS software could simulate the fire in fire simulator. We can use the FDS software to simulate the fire before experiment to increase the accuracy of experiment and reduce the cost of experiment. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 一、 緒論 1 1-1 前言 1 1-2火災燃燒過程 2 1-3 閃燃(FLASHOVER)與回燃(BACKDRAFT) 5 1-4 文獻回顧 6 二、 理論分析 16 2-1 理論基礎 16 2-2 紊流模式 18 2-3 燃燒模式 20 三、數值方法 24 3-1 FDS簡介 24 3-2 統御方程式 26 3-3 火災流場模式 31 3-3-1 大渦流模擬(LES) 31 3-3-2 低馬赫數的假定 33 3-4 格點系統 35 四、動態模擬之環境設定 39 4-1 火源之設計 39 4-2 火場燃燒熱釋放率之設定 40 4-3 環境幾何圖形設定與網格分佈 43 五、實驗之設備與環境條件 45 5-1 實驗設備與控制系統 45 5-2 實際燃燒爐之幾何形狀 46 5-3 溫度擷取系統 47 5-4 測量方法 48 六、結果與討論 50 6-1 模擬結果 50 6-1-1 V型駐焰器之燃燒模擬 51 6-1-2 長條型燃氣出口之燃燒模擬 54 6-1-3 方形燃氣出口之燃燒模擬 57 6-2 實驗結果 59 6-2-1 V形駐焰器之燃燒量測 59 6-2-2 長型燃氣出口之燃燒量測 60 6-2-3 方型燃氣出口之燃燒量測 61 七、結論與未來展望 62 7-1 模擬結論 62 7-2 實驗結論 63 7-3 模擬與實驗 64 7-4 未來展望 65 參考文獻 66 圖表目錄 圖1-1 火災歷程之溫度或熱釋放率 3 圗2-1 丙烷狀態關係 22 圖3-1 FDS 架構圖 25 圗3-2 非均勻網格 35 圖4-1 燃燒爐之幾何圖形 69 圖4-2 燃燒爐之網格分佈狀態 69 圖4-3 燃燒爐內之V型駐焰器所置標示 70 圖5-1 實驗設備之規劃 70 圖5-2 真實燃燒爐之構造 71 圖5-3長型與方型燃氣出口之水槽(WATER TANK)內部構造 71 圖6-1 V型駐焰器之火焰分佈 72 圖6-2 V型駐焰器之正視溫度分佈 (A~D),X=1.5M, Z=0.5M 72 圖6-3 V型駐焰器之溫度剖面 (A~F) Y=0.75M, Z=0.5M 73 圖6-4 V型駐焰器之速度等高面 (A~F) Y=0.75M, Z=0.5M 74 圖6-5 管道內V形駐焰器對流場之變化(A~C)[16] 75 圖6-6 V形駐焰器之速度向量剖面(A~B) 76 圖6-7左邊壁面下排感測溫度 (V型駐焰器-FDS) 77 圖6-8 右邊壁面上排感測溫度 (V型駐焰器-FDS) 77 圖6-9 出口上方溫度 (V型駐焰器-FDS) 77 圖6-10 燃料變化量 (V型駐焰器-FDS) 78 圖6-11 氧氣變化量 (V型駐焰器-FDS) 78 圖6-12 一氧化碳變化量 (V型駐焰器-FDS) 78 圖6-13 長型燃氣出口之火焰分佈 79 圖6-14 長型燃氣出口之正視溫度分佈 (A~D),X=1.5M, Z=0.5M 79 圖6-15 長型燃氣出口上之溫度剖面 (A~F) Y=0.75M, Z=0.5M 80 圖6-16 長型燃氣出口之速度等高面 (A~F) Y=0.75M, Z=0.5M 81 圖6-17長型燃氣出口之速度向量剖面(A~C),Y剖面 82 圖6-18長型燃氣出口之速度向量剖面(A~B),Y剖面 83 圖6-19 左邊壁面下排感測溫度 (長型燃氣出口-FDS) 84 圖6-20 右邊壁面上排感測溫度 (長型燃氣出口-FDS) 84 圖6-21 出口上方溫度 (長型燃氣出口-FDS) 84 圖6-22 燃料變化量 (長型燃氣出口-FDS) 85 圖6-23 氧氣變化量 (長型燃氣出口-FDS) 85 圖6-24 一氧化碳變化量 (長型燃氣出口-FDS) 85 圖6-25 方形燃氣出口之火焰分佈 86 圖6-26 方型燃氣出口之正視溫度分佈 (A~D),X=1.5M, Z=0.5M 86 圖6-27 方形燃氣出口上之溫度剖面 (A~F) Y=0.75M, Z=0.5M 87 圖6-28 方形燃氣出口之速度等高面 (A~F) Y=0.75M, Z=0.5M 88 圖6-29方形燃氣出口之速度向量剖面(A~C) 89 圖6-30 左邊壁面下排感測溫度 (方形燃氣出口-FDS) 90 圖6-31 右邊壁面上排感測溫度 (方形燃氣出口-FDS) 90 圖6-32 出口上方溫度 (方形燃氣出口-FDS) 90 圖6-33 燃料變化量 (方形燃氣出口-FDS) 91 圖6-34 氧氣變化量 (方形燃氣出口-FDS) 91 圖6-35 一氧化碳變化量 (方形燃氣出口-FDS) 91 圖6-36 V型駐焰器之燃燒火燄(A , B) 92 圖6-37 V型駐焰器-左,下排溫度值 (實驗) 92 圖6-38 V型駐焰器-右,上排溫度值 (實驗) 92 圖6-39 長型燃器出口之燃燒火燄 93 圖6-40 長型燃氣出口-左,下排溫度值 (實驗) 93 圖6-41 長型燃氣出口-右,上排溫度值 (實驗) 93 圖6-42 方型燃氣出口之燃燒火燄 94 圖6-43 方型燃氣出口-左,下排溫度值 (實驗) 94 圖6-44 方型燃氣出口-右,上排溫度值 (實驗) 94 表4-1 穩定火源設計的基準量 40 表4-2 火源成長模式的係數 41 |
參考文獻 |
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