FDS 模型中的每个固体表面都定义了对流和辐射热通量边界条件。可能不太容易发现的是,每一项都在持续计算,有时使用的是用户可能没有显式指定的默认参数。我们在此提及这一点,是因为我们可能会重新设计 PyroSim 用户界面,以更清晰地帮助用户理解在创建表面时选择了哪些选项。
对流热通量
对流换热通量由下式给出:q_conv = h (T_gas – T_wall),其中默认的对流传热系数 h 基于自然对流和强制对流的组合关系式计算,T_gas 是气体温度,T_wall 是壁温。通常用户不会修改对流传热模型,但用户需要负责 T_wall 的计算方式——作为固定温度还是作为固体热传导的一部分。
辐射热通量
热辐射通量在概念上更为复杂。如果假设来自周围气体的热辐射在固体障碍物表面的无限薄层内被吸收,则净辐射热通量是入射和出射分量的总和:q_rad = q_in – q_out。入射辐射是辐射强度和几何形状的函数,出射辐射由 q_out = emissivity x sigma x T_wall^4 给出,其中 sigma 是斯特藩-玻尔兹曼常数。用户通常只需指定发射率,并同样负责壁温的计算方式。
表面类型总结
FDS 提供了一些默认表面(INERT、ADIABATIC 和 OPEN),PyroSim 通过进一步分类表面类型(Burner、Heater/Cooler、Supply、Exhaust 和 Layered)来帮助用户。

示例模型
以下是一个涵盖上述大多数选项的示例。右侧有一个送风口,温度为 50.0°C。底部有一个 500°C 的加热器,通过对流和辐射提供热量。左侧通过表面温度值为 20°C 的排风口排出部分空气。顶部为 OPEN,前后两面为 INERT。


结果分析
计算出的热通量与上述讨论一致,所有表面上都有对流和辐射分量。

图 4 显示了加热器的辐射通量(向封闭空间辐射)。

图 5 显示了排风口的辐射通量(辐射从封闭空间移除热量)。
在顶部 OPEN 表面,我们可以看到在左侧(气流流出模型的地方)对流热通量为零,如图 6 所示;而在右侧(气流主要与表面相切的地方)对流热通量显著,如图 7 所示。


总结
总之,用户需要注意,即使他们没有显式定义对流或辐射参数,这些通量仍会使用默认值对所有表面进行计算。更详细的讨论请参见 FDS 用户指南和 FDS 技术参考指南。
FDS 输入文件
以下是示例中使用的 FDS 输入文件。PyroSim 用户可以复制文本并另存为 *.fds 文件,然后在 File 菜单中点击 Import FDS/CAD file 并选择该文件。这是一个 FDS 6 输入文件。
supply_tmpa20_heat500.fds
Generated by PyroSim - Version 2014.1.0331
Apr 23, 2014 3:56:40 PM
&HEAD CHID='supply_tmpa20_heat500'/
&TIME T_END=20.0/
&DUMP RENDER_FILE='supply_tmpa20_heat500.ge1'/
&MISC BAROCLINIC=.FALSE./
&MESH ID='MESH', IJK=20,20,30, XB=-1.0,1.0,-1.0,1.0,0.0,3.0/
&REAC ID='POLYURETHANE_REAC',
FYI='SFPE Handbook, GM27',
FUEL='REAC_FUEL',
C=1.0,
H=1.7,
O=0.3,
N=0.08,
CO_YIELD=0.042,
SOOT_YIELD=0.198/
&DEVC ID='temp 1.5 m', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=0.0,0.0,1.5/
&DEVC ID='Heater Adiabatic Temp', QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE', XYZ=0.0,0.0,0.1, IOR=3/
&DEVC ID='Heater Wall Temp', QUANTITY='WALL TEMPERATURE', XYZ=0.0,0.0,0.1, IOR=3/
&DEVC ID='Heater Rad Flux', QUANTITY='RADIATIVE HEAT FLUX', XYZ=0.0,0.0,0.1, IOR=3/
&DEVC ID='Heater Conv Flux', QUANTITY='CONVECTIVE HEAT FLUX', XYZ=0.0,0.0,0.1, IOR=3/
&DEVC ID='Left Adiabatic Temp', QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE', XYZ=-1.0,0.0,1.5, IOR=1/
&DEVC ID='Left Wall Temp', QUANTITY='WALL TEMPERATURE', XYZ=-1.0,0.0,1.5, IOR=1/
&DEVC ID='Left Rad Flux', QUANTITY='RADIATIVE HEAT FLUX', XYZ=-1.0,0.0,1.5, IOR=1/
&DEVC ID='Left Conv Flux', QUANTITY='CONVECTIVE HEAT FLUX', XYZ=-1.0,0.0,1.5, IOR=1/
&DEVC ID='Right Adiabatic Temp', QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE', XYZ=1.0,0.0,1.5, IOR=-1/
&DEVC ID='Right Wall Temp', QUANTITY='WALL TEMPERATURE', XYZ=1.0,0.0,1.5, IOR=-1/
&DEVC ID='Right Rad Flux', QUANTITY='RADIATIVE HEAT FLUX', XYZ=1.0,0.0,1.5, IOR=-1/
&DEVC ID='Right Conv Flux', QUANTITY='CONVECTIVE HEAT FLUX', XYZ=1.0,0.0,1.5, IOR=-1/
&DEVC ID='Top Adiabatic Temp', QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE', XYZ=0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Top Wall Temp', QUANTITY='WALL TEMPERATURE', XYZ=0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Top Rad Flux', QUANTITY='RADIATIVE HEAT FLUX', XYZ=0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Top Conv Flux', QUANTITY='CONVECTIVE HEAT FLUX', XYZ=0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Back Adiabatic Temp', QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE', XYZ=0.0,1.0,1.5, IOR=-2/
&DEVC ID='Back Wall Temp', QUANTITY='WALL TEMPERATURE', XYZ=0.0,1.0,1.5, IOR=-2/
&DEVC ID='Back Rad Flux', QUANTITY='RADIATIVE HEAT FLUX', XYZ=0.0,1.0,1.5, IOR=-2/
&DEVC ID='Back Conv Flux', QUANTITY='CONVECTIVE HEAT FLUX', XYZ=0.0,1.0,1.5, IOR=-2/
&DEVC ID='Top Left Adiabatic Temp', QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE', XYZ=-0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Top Left Wall Temp', QUANTITY='WALL TEMPERATURE', XYZ=-0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Top Left Rad Flux', QUANTITY='RADIATIVE HEAT FLUX', XYZ=-0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&DEVC ID='Top Left Conv Flux', QUANTITY='CONVECTIVE HEAT FLUX', XYZ=-0.9,0.0,3.0, IOR=-3/
&SURF ID='Supply',
RGB=26,204,26,
TMP_FRONT=50.0,
VEL=-1.0,
VEL_T=0.0,-1.0/
&SURF ID='Heater',
RGB=255,102,0,
TMP_FRONT=500.0/
&SURF ID='Exhaust',
RGB=26,204,26,
VEL=0.5/
&OBST XB=-1.0,1.0,-1.0,1.0,0.0,0.1, SURF_IDS='Heater','INERT','INERT'/ Base
&VENT SURF_ID='Supply', XB=1.0,1.0,-1.0,1.0,0.0,3.0/ Supply
&VENT SURF_ID='OPEN', XB=-1.0,1.0,-1.0,1.0,3.0,3.0/ Exhaust
&VENT SURF_ID='Exhaust', XB=-1.0,-1.0,-1.0,1.0,0.0,3.0/ Near zero supply
&BNDF QUANTITY='ADIABATIC SURFACE TEMPERATURE'/
&BNDF QUANTITY='WALL TEMPERATURE'/
&SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=0.0/
&SLCF QUANTITY='VELOCITY', VECTOR=.TRUE., PBY=0.0/
&TAIL /
-e1750215042767.png)