【慧聪消防网】摘要：简单介绍了CFD技术在消防性能化设计中的应用，并介绍了两个得到广泛应用的CFD软件FLUENT与FDS。文章给出了一个体育场馆的应用案例，比较了FLUENT软件与FDS软件的优缺点以及适用性，体现了CFD技术的应用为工程所带来的效果。
关键词：CFD；性能化；模拟；烟气运动；大空间
1前言
消防性能化设计，代表一种新的思路、一种新的认识，正在我国如火如荼地开展起来。消防性能化设计是采用工程化的方法，通过计算机软件模拟或者其他手段进行量化分析，从而获得建筑物的消防安全水平。通过合理有效地采用各种技术手段，性能化的防火设计可以获得较高的消防安全水平，同时又不失灵活性。如同自动控制领域，系统的灵敏度取决于传感器的灵敏度，消防性能化设计的有效性，取决于所采用的计算机模拟软件及其算法的有效性。
2消防领域的CFD技术
在常规的消防设计中，大空间的排烟量设计是按照面积或者体积进行设计。例如中庭，按照《高层民用建筑设计防火规范》体积小于17000m3时，其排烟量按其体积的6次/h换气计算；中庭体积大于17000m3时，其排烟量按其体积的4次/h换气计算；但最小排烟量不应小于102000m3/h。对于汽车库，《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》规定排烟风机的排烟量应按换气次数不小于6次/h计算确定。而NFPA92B、TM19等国外规范则根据羽流模型进行计算，其原理是排烟量应等于烟气生成量以保持清晰高度。这两种方法，前者是完全基于处方式规范的一种传统方法，后者已经是一些拥有性能化设计的国家的所采用的性能化的方法。这两种方法，都已经广泛应用于工程设计中，但是它们都存在一个致命缺陷：在它们的计算过程中，不能反映建筑物的空间形状。事实上，建筑物的几何形状对于烟气扩散运动的影响是相当致命的。例如，挡烟垂壁，在一般的火灾模型中，挡烟垂壁被理想化为烟仓的四壁，烟气均匀地对烟仓进行自上而下地填充，实际效果如此吗？烟气快速地向挡烟垂壁扩散过来受到阻碍，必定会掉头向下蔓延，从而在挡烟垂壁下侧形成一块潜在的危险区域。这种由于建筑的几何形状而对烟气运动所造成的影响，在上述两种方法中无法得到体现，从而被忽略。
场模拟是一种更加先进，但是更加复杂的方法。这种方法需要海量计算，在若干年前，即使理论研究深度足够，计算能力也不能满足其计算需要。计算机工业按照摩尔定律的快速发展，使得近年来人们的计算能力得到了突飞猛进的增长。目前，通用的可以用于各种流体力学计算的商业软件，已经较为成熟，并且逐渐应用到从军事到民用，从火箭、坦克到小汽车，从天气预报到房间空气适宜度。计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）是用数学方法，通过求解代表物理定律的数学方程，来预测流体流动、热传输、质量传输、化学反应和相关现象的学科。较为有名的有CFX、FLUENT、STAR-CD等等。而专业用于消防的软件也已经实用化，包括PHOENIX和FDS。这里分别介绍国际上广泛采用的FLUENT和FDS软件。
FLUENT软件采用有限体积方法，提供了三种数值算法，其它任何一个商用CFD软件都仅能提供其中的一种：SegregatedSolver、CoupledExplicitSolver和CoupledImplicitSolver。
