Pyrosim实例教程：隧道火灾案例

Pyrosim介绍

Pyrosim是一款FDS前后处理软件，以计算流体动力学为依据，可以模拟预测火灾中的烟气，CO等毒气的运动，温度以及浓度等情况；软件可以模拟的火灾范围很广，从日常炉火，放假，节点设备引起的各种火灾形式；方便快捷的建模，并支持XDF和FDS格式的模型文件的导入。

自学Prosim软件有以下学习资源：
1.PyroSim初学者教程
2.PyroSim实用资源
3.Pathfinder初学者教程
4.Pathfinder实用资源
5.Pathfinder相关论文
6.FDS官网
7.FDS官方论坛（需）

本教程以隧道火灾模拟应用为例，主要演示以下内容：

1. 创建一个10MW的燃烧火源；
2. 创建一个风速入口；
3. 定义一个燃烧反应；
4. 添加一个热电偶；
5. 添加一个流量测量装置；
6. 添加一个层分区装置（衡量层高度）；
7. 添加一个温度可视化扫描平面；
8. 通过Smokeview查看3D结果；
9. 通过PyroSim查看2D结果。

创建网格

在FDS里，基本形状只能是长方体，网格也只能是正交网格，但可以通过长方体的组合模拟曲线等复杂的几何形状。需要注意的是，在FDS中由于求解器的特殊要求，每边划分的单元数通常需要是2，3或5的倍数。本案例需要创建一个xyz=300×21.6×4.5（AR=4.8）的隧道。

1. 选择Model > Edit Meshes，点击New创建网格 ；
2. 设置网格边界，Min X=0，Max X=300，Min Y=0，Max Y=21.6，Min Z=0，Max Z=4.5；同时设置网格数量X cell=1000，Y cell=72，Z cell=15，也可直接点击Cell Size 进行设置，软件会自动生成各方向上的网格数量；
3. 点击OK保存更改并关闭对话框。
   
   注：如果需要对网格进行局部加密，比如说对近火源区采用较密集的网格，对远火源区采用较稀疏的网格，需要分区域画网格。这样不仅可以减少网格数量，而且可以利用FDS并行计算提高计算效率。

定义燃烧反应

在FDS 火灾模拟，只有一个气态燃料作为所有潜在的燃料来源的替代品。使用PyroSim 中的编辑反应对话框定义反应。PyroSim 接口只支持混合分数模型以符合燃烧过程中在其原产地表面的气体燃料的演变，可利用数据库文件很方便的输入已知的材料燃烧反应。数据库中的燃烧反应包括有：
ETHANOL VAPOR：乙醇蒸汽燃烧反应
HEPTANE：庚烷燃烧反应
METHANE：甲烷燃烧反应
POLYURETHANE：聚氨酯燃烧反应
PROPYLENE：丙烯燃烧反应
除了PyroSim里面自带的燃烧反应外，也可以根据实际情况创建新的库，在原子种类框中输入根据实验测试、经验、资料等实际数目的原子数目，以及燃料流中的一些相关的参数来完成燃料部分的设置。

1. 选择Devices > Edit Libraries；
2. 在Category 下拉菜单中选择Gas-phase Reactions；
3. 从库中复制METHANE反应到Current Model 中；
4. 关闭PyroSim Libraries对话框。
   

定义面

在FDS里，表面是用于定义对象的性质。

① 定义火源表面

Burner Surface用于创建火源表面。本案例需要在隧道中心定义一块2*3的燃烧区域，火灾大小为10MW。相当于把10MW的热量直接分布在6m²的面积上，折合1666.67kW/m²。

1. 选择Model > Edit Surface，点击New创建表面 ；
2. 在Surface ID 对话框中输入fire；
3. 在Surface Type 下拉菜单中，选择Burner；
4. 点击OK以创建火源表面；
5. 在Heat Release Rate对话框中输入1666.67；
6. 点击OK保存更改并关闭对话框。
   

② 定义送风表面

Supply Surface用于向模型域中送入空气。本案例定义隧道纵向通风速度为3m/s。

1. 选择Model > Edit Surface，点击New创建表面 ；
2. 在Surface ID 对话框中输入Blow；
3. 在Surface Type 下拉菜单中，选择Supply；
4. 点击OK以创建送风表面；
5. 在Specify Velocity对话框中输入3.0；
6. 点击OK保存更改并关闭对话框。
   

创建火源通风口

通风口（vent）在FDS中被广泛应用于描述二维平面物体。火源可以通过在指定网格边界或固体表面上创建一个通风口而创建出来。

1. 选择Model > New Vent；
2. 在ID 对话框中输入fire vent；
3. 在Surface 下拉菜单中，选择fire；
4. 点击Geometry，在Plane选择Z，设定值为0.0，即火源在隧道底部；
5. 设置火源区域，Min X=148.5，Max X=151.5，Min Y=9.8，Max Y=11.8，即火源在隧道中部；
6. 点击OK保存更改并关闭对话框。
   
   

创建隧道出入口

① 创建隧道风速入口

使用之前定义的Blow Surface来创建风源。

1. 选择Model > New Vent；
2. 在ID 对话框中输入blow vent；
3. 在Surface 下拉菜单中，选择blow；
4. 点击Geometry，在Plane选择X，设定值为0.0，即设定为隧道入口；
5. 设置入口区域，Min Y=0，Max Y=21.6，Min Z=0，Max Z=4.5；
6. 点击OK保存更改并关闭对话框。
   
   

② 创建隧道开放出口

使用软件内置的Open Surface来创建开放边界，创建隧道顶排风口也采用相同的方法。

1. 选择Model > New Vent；
2. 在ID 对话框中输入open vent；
3. 在Surface 下拉菜单中，选择open；
4. 点击Geometry，在Plane选择X，设定值为300.0，即设定为隧道出口；
5. 设置出口区域，Min Y=0，Max Y=21.6，Min Z=0，Max Z=4.5；
6. 点击OK保存更改并关闭对话框。
   
   

添加一个热电偶

1. 选择Devices > New Thermocouple；
2. 在Name 对话框中输入Thermocouple ；
3. 在Location 输入热电偶的位置坐标；
4. 点击OK保存更改并关闭对话框。

添加一个流量测量装置

1. 选择Devices > New Flow Measuring Device；
2. 在Name 对话框中输入smoke flow ；
3. 在Quantity下拉框，选择Heat Flow；
4. Plane选择Y，设定值为流量测量装置在隧道纵向上的位置；
5. 设置流量统计截面区域，Min Y=0，Max Y=21.6，Min Z=0，Max Z=4.5；
6. 点击OK保存更改并关闭对话框。

添加一个层分区装置

1. 选择Devices > New Layer Zoning Device；
2. 在Name 对话框中输入layer zone ；
3. 在End Point 1对话框中，在X输入200，在Y输入10.8，在Z输入0.0；在End Point 2对话框中，在X输入200，在Y输入10.8，在Z输入4.5，即测量火源下游50m处的烟气层高度；
4. 点击OK保存更改并关闭对话框。

添加一个温度可视化扫描平面

FDS使用LES模型模拟湍流，会产生大量的瞬时数据。FDS中需要定义切面，只有切面数据会保存。

设定Simulation Time

1. 选择Analysis > Simulation Parameters；
2. 在Time一栏End Time 框中输入300.0；
3. 点击OK 保存simulation参数。

保存model

1. 选择File > Save；
2. 存盘路径选择. FDS模拟产生大量的文件和大量的数据，最好是创建一个新的文件夹，命名为AR=4.8.psm.
3. 点击OK保存模型。

运行Simulation

选择Analysis > Run FDS，然后开始运行程序。当仿真完成以后，Smokeview应该开展三维自动显示模型的静止影像。