初火模拟

本示例面向希望快速上手的 PyroSim 新用户。我们将演示如何在 PyroSim 中创建基本的火灾模拟，并介绍重要的 FDS 概念。

本示例涵盖以下内容：

• 定义计算网格
• 创建模型几何体
• 运行不含火灾的模拟
• 定义燃烧器火源
• 运行含火灾的模拟
• 查看结果

准备工作

在开始本示例前，请完成以下准备工作：

• 下载并安装新版本的 PyroSim。
• 如果尚未获取，请申请免费的 30 天试用许可证。
• 查看用户界面概览。
• 如果遇到困难，可以下载解决方案文件夹。

模型场景

模拟一个 660 kW 的火灾，火源位于一个简单的 5 m x 5 m x 2.75 m 房间的内部，房间设有一个 1 m x 2.1 m 的门洞。房间有地板、四面墙和天花板，可以使用 PyroSim 默认的障碍物厚度 0.2 m 进行建模。

创建网格

网格定义了 FDS 用于将模型分解为离散单元并计算模拟结果的三维计算域。

提示：通常，减小单元尺寸会提高模拟精度，但也会增加计算成本（即完成模拟所需的时间）。

本示例的问题体积较小，即使使用单一均匀的细网格，模拟时间也会很短。

创建主网格

1. 在视图工具栏中，确认选择工具

   

   已激活。

2. 在模型菜单中，点击编辑网格。
3. 在编辑网格对话框中，点击新建。
4. 在新建网格对话框中，输入名称 “My Mesh”，然后点击确定或按 ENTER 键。

定义单元边界

在房间的外边缘与网格边界（计算域）之间留出物理间隙。物理间隙可以防止网格边界条件干扰模拟的火灾环境。

在编辑网格对话框中，使用下表中的数值设置网格边界参数。此网格几何尺寸足够容纳带周围空气的 5 m x 5 m 房间。

Min X	Min Y	Min Z
-3.0 m	-3.0 m	0.0 m

Max X	Max Y	Max Z
8.0 m	8.0 m	8.5 m

定义单元尺寸

对于每个维度，单元尺寸是该方向上网格总长度除以单元数量。当前 “My Mesh” 的单元尺寸为 0.22 m x 0.22 m x 0.56 m。以 X 方向为例，0.22 m 是 X 范围 11 m 除以 X 方向单元数 50 的结果。

提示：定义单元尺寸时，请考虑火灾场景的几何形状：房间尺寸、门洞尺寸和墙体尺寸。每个单元从其包围的物质中获取属性。

使用 0.2 m 的均匀单元尺寸来捕获问题几何体：

1. 保持划分方式为 “Uniform”（均匀）。
2. 在划分方式下方，点击 “0.22 x 0.22 x 0.56” 来设置单元尺寸。
3. 在设置单元尺寸对话框中，输入边长 0.2 并选择确定。PyroSim 将计算实现该尺寸立方体单元所需的数量。单元尺寸变为 0.2m x 0.2m x 0.2m；每个方向的单元数现在为 55、55 和 42。注意：单元数量的变化与单元尺寸变化不成线性关系。单元数量从 37,500 变为 127,050，减少了模拟精度但减少了计算成本。
4. 点击确定应用更改并关闭编辑网格对话框。
   

   

设置网格边界条件

简单的 OPEN 边界条件告诉 FDS 将网格边界表面视为向外部条件开放的。网格内部的流体可以从边界流出，环境空气可以流入。

1. 在导航面板中右键点击 “My Mesh” 对象，打开上下文菜单。
2. 选择打开网格边界选项。一组网格边界通风口将出现在导航面板中。
3. 在网格边界通风口组下，双击子组My Mesh 的通风口。该组包含 6 个通风口，定义了 “My Mesh” 每个网格边界的边界条件。
4. 验证默认的 OPEN 表面已应用于所有通风口，然后点击确定关闭对话框。
   

   

创建模型几何体

本小节将使用障碍物（板和墙）定义模型的几何体，然后为门洞添加一个孔洞。

准备工作

1. 在过滤工具栏中，将显示通风口

   

   切换为关闭以隐藏网格通风口。

2. 同样将显示网格边界切换为关闭以隐藏网格边界平面。
3. 点击模型视图的二维视图标签页。
4. 在视图工具栏中选择填充视图以重置视图。

创建地板

1. 在建模工具栏中选择板工具。
2. 从对角 (0, 0, 0) 拖动光标到 (5, 5, 0)，在网格的 X-Y 平面中间创建一个板。由于默认工具设置，该板的厚度为 0.2 m，顶面位于 Z=0 m。
   

   

创建天花板

1. 选择板

   

   工具。

2. 右键点击已选中的板工具，选择工具属性。
3. 在工具属性对话框中，将板工具的Z 位置设置为 2.75 m。
4. 保持其他值不变，点击确定关闭对话框。
5. 在 “Floor” 板的上方从对角到对角绘制一个板。该板厚度为 0.2 m，因此顶面位于 Z=2.95 m。
   

   

重命名几何体

1. 在导航面板中，展开 “Model” 组。
2. 双击第一个板，即 “Obstruction”。障碍物属性对话框打开。
3. 在障碍物属性对话框中，分配新 ID “Floor”。选择确定应用更改。
4. 对第二个板重复上述步骤，输入新 ID “Ceiling”。

创建墙壁

使用房间工具向模型添加墙型障碍物：

1. 在建模工具栏中选择房间工具。
2. 在 “Floor” 板左下角和右上角之间拖动光标，在 “Floor” 轮廓内部绘制墙壁。
   

   

重命名墙壁

1. 与 “Floor” 和 “Ceiling” 板一样，将对象名称从 “Obstruction” 改为 “Walls”。在此视图中墙壁被天花板遮挡。

创建门洞

1. 在视图工具栏中切换到线框渲染。
2. 保持二维视图。
3. 在建模工具栏中选择墙孔工具。

注意：默认墙孔工具属性为：孔洞左对齐，Z 位置=0，高度=1 m，墙厚=0.2 m。

4. 在模型视图中任意位置右键点击，选择工具属性。
5. 在工具属性对话框中，将高度设置为 2.1m 以匹配门洞尺寸。
6. 保持其他值不变，点击确定。
7. 将光标悬停在模型视图中的任意位置。
   

   

8. 按 TAB 键输入定义三维孔洞对象的二维路径的起始坐标。
9. 输入 0,3,0 作为起始点。
10. 按 ENTER。
11. 然后将光标沿左墙移动 1 m 并点击以定义第二个点。
    

    

12. 按 ENTER 完成绘制。孔洞应与墙壁对齐。
13. 与墙壁和板一样，将新孔洞对象名称修改为 “Door”。
    

    

创建火源通风口

绘制一个通风口以提供燃烧数据。

1. 在过滤工具栏中，将显示通风口切换为开启。
2. 在建模工具栏中选择通风口工具。
3. 将光标悬停在模型视图中的任意位置。
4. 按 TAB 键输入矩形的一个角。
5. 输入 2,2,0 作为起始点。
6. 按 ENTER。
7. 然后将光标移动绘制一个 1 m x 1 m 的正方形并点击第二个点。捕捉到模型网格功能有助于精准绘制。
   

   

8. 将新通风口对象名称修改为 “Fire”。

审计几何体

每个 PyroSim 模型的几何体必须根据用户设置和计算网格转换为 FDS 几何体。在添加火灾建模数据之前，应对几何体进行审计。

1. 在 PyroSim视图工具栏中，切换到”带轮廓线的真实感渲染”。
2. 点击模型视图的三维视图标签页。您可以在三维视图中右键旋转模型，使用中键平移摄像头。
3. 在模型视图或导航面板中选择 “Ceiling” 板。
4. 双击 “Ceiling” 板打开障碍物属性对话框。
   

   

5. 在对话框中，选择指定颜色并点击颜色值字段打开颜色对话框。
6. 在颜色对话框的RGB标签页中，将透明度值 Alpha 更改为 125（约 50%）。
7. 点击确定关闭每个对话框。模型视图现在应显示半透明的天花板板。
8. 在视图工具栏中，点击重置为左视图

   

   

9. 点击模型视图的二维视图标签页。
10. 在视图工具栏中，点击重置为左视图并放大。
    

    

预览 FDS 几何体

PyroSim 在每次运行 FDS 模拟时会自动将部分障碍物形状转换为基于网格的块和薄障碍物。您可以使用 PyroSim 中的 FDS 块预览和/或运行无流动数据的模拟来检查 FDS 几何体。

1. 从分析菜单中打开模拟参数对话框，选择”倾斜几何体”标签页。
2. 在转换过滤下，勾选栅格化轴对齐以开启此属性。此选项强制模型中的轴对齐对象进行栅格化，有助于用户了解活动网格如何用于转换几何体。
   

   

3. 点击确定。
4. 在三维模型视图中，切换FDS 块预览（过滤工具栏）的开关。
   

   

此功能提供了精准、权威的块对齐预览方式。注意观察某些障碍物的接缝和高度如何根据 “My Mesh” 的划分而改变尺寸。

5. 在结果菜单中，选择在结果中预览模型。此编辑运行 FDS 模拟的静态版本（t=0）并打开 Results。它将 PyroSim 几何体通过 FDS 的初始模拟阶段运行，生成最终的几何体。

在 PyroSim Results 中审查

Results 用户界面的组织方式与 PyroSim 类似。模型视图的默认外观是在三维透视视图中以带轮廓线的真实感渲染 PyroSim 几何体。视图工具栏提供视图模式和过滤选项，而导航视图（导航面板）中的对象树包含对象信息。

审查 PyroSim 几何体到 FDS 块的转换：

• 使用对象树切换场景几何体组的可见性。默认的场景几何体组是PyroSim 几何体。
• 放大天花板板的某个边缘。
• 在场景几何体下选择 FDS Actual 以勾画 FDS 几何体轮廓。Results 中的工具（如绘制线性尺寸）可帮助分析此转换。双击 FDS Actual 或 FDS Requested 可切换查看模式。
  

  

  
  

  

在这种情况下，障碍物会与网格施加的尺寸对齐。

• 理解更改后，关闭Results窗口。
• 在保存更改对话框中选择 “No”。
• 返回 PyroSim 以定义火灾的特性。

定义火灾

添加反应

使用 PyroSim 反应库中的反应并创建一个基本的燃烧器表面。反应是一组定义化学行为的属性。

1. 通过模型 > 编辑反应选项或双击导航面板中的反应条目，打开编辑反应对话框。
2. 在编辑反应对话框中，点击从库中添加。
3. 在从库中添加对话框中，选择右侧的 SFPE WOOD_OAK 反应。
4. 点击左箭头（←）将反应添加到模型中。
5. 点击关闭和确定关闭库工具和编辑反应对话框。

创建燃烧器表面

1. 通过模型 > 编辑表面选项或双击导航面板中的表面条目，打开编辑表面对话框。
2. 在编辑表面对话框中，点击新建。这将打开新建表面对话框。
3. 在新建表面对话框中，输入名称 “Fire”。
4. 将表面类型设置为 “Burner”。
5. 点击确定关闭新建表面对话框。
6. 在单位面积热释放率（HRRPUA）字段中输入值 660 kW/m2。
7. 点击确定保存更改并关闭编辑表面对话框。

分配火源表面

1. 在导航面板中双击 “Fire”通风口以打开其通风口属性对话框。
2. 在通风口属性对话框的表面下拉菜单中，选择 “Fire”。由于 “Fire”通风口的面积为 1 m²，此火灾的总 HRR 为 660 kW，即引言中预期的值。
3. 点击确定应用 “Fire” 表面并关闭通风口属性对话框。”Fire”通风口在模型视图中的颜色会发生变化（颜色由 “Fire”表面属性定义）。
   

   

运行模拟

点击文件 > 保存（或使用 CTRL+S 快捷键）。

接下来，设置模拟参数。由于模型中存在正确的表面和反应特性，应当会发生燃烧。

1. 从分析菜单中打开模拟参数对话框。
2. 在时间标签页中，将结束时间更改为 60 s。

提示：PyroSim 中默认的模拟结束时间为 0.001 s，运行任意模拟前都需要更改此值。

3. 在环境标签页中，勾选环境温度旁边的复选框，然后将字段设置为 22 °C 并点击确定。环境温度定义了模拟开始时所有物体的温度。
   

   

4. 从文件工具栏中选择运行 FDS

   

   。这将打开FDS 模拟对话框并启动模拟。

   

5. 模拟可能需要几分钟（如运行对话框中剩余时间字段的估计）。完成后，PyroSim Results 应自动打开并加载模拟结果。

恭喜！您现在已经使用 PyroSim 和 FDS 运行了您的初火模拟。

查看结果

在PyroSim Results中：

1. 在导航面板中，双击三维烟雾条目将结果加载到模型视图中。
2. 点击播放

   

   按钮开始播放。

提示：您可以使用加速按钮

提高播放速度。

观看火灾在您指定的 60 秒模拟时间内的发展过程。您可以在Results模型视图中导航，并使用截图功能创建报告素材。

 图 25：播放5秒，透视视角，真实且有轮廓

要点总结

• 设计合适的网格可以是火灾建模的起点。
• 在Results中使用 FDS Actual场景几何体组经常检查 FDS 块转换，有助于新用户排查模型问题。
• 网格单元尺寸、网格边界、模型几何体、反应和表面都必须指定才能运行有效的燃烧模拟。

定义 FDS 模拟和使用 PyroSim 中的工具进行火灾建模将随着经验的积累变得越来越容易。通过 PyroSim 基础教程系列，学习如何为您的初火添加有用的数据输出和可视化。