火灾模拟软件FDS的学习心得

数

简单真实或整数标，如DT= 0.02，但有输入的是多维数组。举例来说，当形容固体表面，你

需要表达多层次中多种材料的质量分数。输入数组MATL_MASS_FRACTION(IL,IC)传递成分 IC的IL层的质量分数到FDS。例如，如果第二中物质的第三层质量分数为0.5，就写为 MATL_MASS_FRACTION(3,2)=0.5

输入一个以上的质量分数，用这种符号：

MATL_MASS_FRACTION(1,1:3)=0.5,0.4,0.1，这意味着前三个材料的第一层的质量分数为0.5，

0.4，0.1。符号1：3表示数组元素1 至3。

注意：字符字符串能够被附上由撇号或引号。小心，不要制造输入文件通过从其他一些较简单

的文本编辑器粘贴文本，在这种情况下，标点符号可能不能妥善复制到文本文件。 5.3 输入文件的结构

一般来说，名单组记录可以在输入文件中任何的命令输入，但最好系统的组织它们。通常，整

体的信息是列在输入文件的上面，细节信息如障碍设备等列在下面。FDS扫描整个输入文件， 每次运行特定的名单组。一些文本编辑器中，最后一行的文件经常不被读取，因为存在文件末

尾的色彩。为保证FDS读取整个输入文件，加入： &TAIL /

作为输入文件的最末行。这完善了文件，从&HEAD to &TAIL。FDS甚至不找寻这最后一行。 另一个经验规则是只在需要改变他们的默认值时才写入输入文件。这样，您就可以更容易区分

你的要求FDS的要求。添加评论到文件中，只要这些不属于名单组的记录。

一般输入文件的结构显示如下，原输入文件(WTC_05_v5.fds)的许多行，为了清晰而移走。 &HEAD CHID='WTC_05_v5', TITLE='WTC Phase 1, Test 5, FDS version 5' / &MESH IJK=90,36,38, XB=-1.0,8.0,-1.8,1.8,0.0,3.82 / &TIME T\\_END=5400. /

&MISC SURF_DEFAULT='MARINITE BOARD', TMPA=20., POROUS_FLOOR=.FALSE. / &DUMP NFRAMES=1800, DT_HRR=10., DT_DEVC=10., DT_PROF=30. / &REAC ID = 'HEPTANE TO CO2'

FYI = 'Heptane, C_7 H_16' C = 7.

H = 16. CO_YIELD= 0.008 / SOOT_YIELD = 0.015 /

&OBST XB= 3.5, 4.5,-1.0, 1.0, 0.0, 0.0, SURF_ID='STEEL FLANGE' / fire Pan ...

&SURF ID = 'STEEL FLANGE' COLOR = 'BLACK'

MATL_ID = 'STEEL' BACKING = 'EXPOSED' THICKNESS = 0.0063 / ...

&VENT MB='XMIN',SURF_ID='OPEN' / ...

&SLCF PBY=0.0, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE. / ...

&BNDF QUANTITY='GAUGE_HEAT_FLUX' /

...

&DEVC XYZ=6.04,0.28,3.65, QUANTITY='oxygen', ID='EO2_FDS' / ...

&TAIL / End of file.

我们强烈建议时，从一个新的局面，首先选择一个预先撰写输入文件极为相似的情况，作必要

的修改，然后运行情况，以相当低的分析，决定几何是否建立正确。最好是在开始前用相关的

比较简单的文件来收集其问题的主要特点，而不要尝试太多细节，否则可能掩盖了一个在计算

中的基本缺陷。初步计算，应予粗糙网格，使运行时间少于一小时，并改正，可以很容易取得，

没有浪费太多时间。正如你学习如何写输入文件，你会不断地运行，并重新运行您的例子当你

加入复杂性。表5.1 提供了一个快速参考，所以名单组参数在这里您可以找到参考，以及在这

份文件哪里找到介绍，表中包含了每个组所有的关键字。 Table 5.1: Namelist Group Reference Table 名单组描述 参考章节参数表 BNDF 边界文件输出12.2.6 13.1 CTRL 控制功能参数11.5 13.3 DEVC 设备参数11.1 13.4 DUMP 输出参数12.1 13.5 HEAD 输入文件头6.1 13.6 HOLE 障碍物开口7.2 13.7 INIT 最初状态6.5 13.8

ISOF 等值面文件输出12.2.7 13.9 MATL 材料特性8.4 13.10 MESH 网格参数6.3 13.11

MISC 多种（参数行） 6.4 13.12 OBST 障碍物7.1 13.13

PART Lagrangian粒子10 13.14 PROF 轮廓剖面输出12.2.4 13.15 PROP 装置特性11.3 13.16 RADI 辐射 9.4 13.17

RAMP 斜面曲线、剖面8.5 13.18 REAC 反应 9.1 13.19

SLCF 薄片文件输出12.2.5 13.20 SPEC 种类参数9.2 13.21 SURF 表面特性8.2 13.22 TIME 模拟时间6.2 13.24 TRNX 网格延伸6.3.3 13.25 VENT 开口特性7.3 13.26 ZONE 压力区域参数8.3 13.27

第六章

设置时间和空间的边界

6.1 命名工作：HEAD名单组（表13.6）

首先给定名称。HEAD名单组包含两个参数，如：

&HEAD CHID='WTC_05_v5', TITLE='WTC Phase 1, Test 5, FDS version 5' / CHID 是30 字符以内的字符串，用来标示输出文件。如CHID='WTC_05_v5',很方便的命名输 入文件WTC_05_v5.fds，这样输入文件可以与输出文件联系在一起。句号和空格都不允许在 CHID 里，因为标示输出文件的词尾对某些操作系统是有含义的。

TITLE 是60 字符以内的字符串，描述模拟。仅仅是传到不同的输出文件的描述性文本。 6.2 模拟时间：TIME 名单组（表13.24）

通过参数T_END 来表示模拟持续时间。默认1s。注意：TWFIN 仍然可使用，但并不支持使 用。例如：

&TIME T_END=5400. /

设置为0 用来快速检查几何体。 如果想让开始的时间线不在0，可以用参数T_BEGIN来指定第一个写入文件的时间步的时间。 这将是有益的匹配实验数据的时限或录像。

注意：在T_BEGIN 之前不进行任何模拟，只是用来补偿从0 开始的时间。

如果RAMP 的活动时间与T_BEGIN 一样，那么它就是评价的实际时间；否则用RAMP 的活 动时间。因此，如果你想测试基于CTRL 或DEVC 的时间且最终联到RAMP，那么你该把 T_BEGIN 设的稍小于RAMP动作的时间。例如你要测一个10s打开的开口，其SUIF_ID 使用 RAMP,T_BEGIN 要设置的略小于10s。

初始的时间步长大小可以用DT指定。此参数通常是自动设定的，划分网格细胞时。计算时， 时间步被调整，这样CFL状态才被满意。

如果在模拟开始时突然发生什么事情，最好设置初始时间步避免数值不稳定造成时间步过大。

不同DT值的试验通过监测输出文件的时间步的大小记录。

一个额外的参数在TIME 组里，SYNCHRONIZE，是一个逻辑标志(.TRUE. or .FALSE.)，表明 了在多网格计算中每个网格的时间步必须一样，保证每个网格的进程是相同的。更详细的信息

6.3.2.默认值是.TRUE.

6.3 计算网格：MESH 名单组（表13.11）

所有FDS 计算必须在网格构成的区域内进行。每个网格被分为矩形细胞，其数量取决于预期

的流体运动的解析。MESH 是定义计算域的名单组。网格内在坐标服从右手法则。原点被六 个一组的数的第135个来定义，对角被246 定义，举例来说： &MESH IJK=10,20,30, XB=0.0,1.0,0.0,2.0,0.0,3.0 /

定义了一个跨越原点到X=1m，Y=2m，Z=3m 的网格。该网格被参数IJK 分成均匀细胞。在 此例子中，网格为10cm 的立方体。如果在某方向上不想均分网格的大小，则会用到 TRNX,TRNY,TRNZ名单组来改变均匀的网格（6.3.3）。超过边界的障碍和开口截断在边界处。 定义网格之外的物体没有影响，将不会在Smokeview 中看到。 注意：保证网格接近立方体。

因为在Y和Z方向上，计算的一个重要部分用到了基于快速傅立叶变换（ffts ）的泊松求解，

第2 和第3方向格式应为2l 3m 5n，其中lmn是整数。例如64 = 26, 72 = 2332 和 108 =

2233 是

很好的网格，但37，99和109 就不是。网格的第一个数I不用FFTs，不用按照小数字的结合 给出。不过你该测试不同的划分值来确保它们最终不会过度减慢运算。1-1024 可用的数字： 2 3 4 5 6 8 9 10 12 15 16 18 20 24 25

27 30 32 36 40 45 48 50 54 60 64 72 75 80 81

90 96 100 108 120 125 128 135 144 150 160 162 180 192 200 216 225 240 243 250 256 270 288 300 320 324 360 375 384 400 405 432 450 480 486 500 512 540 576 600 625 640 648 675 720 729 750 768 800 810 864 900 960 972 1000 1024 6.3.1 两维和轴对称计算

在 FDS解决的方程以三维直角坐标系的形式书写。但是一个二维笛卡尔或二维圆柱（轴对称）

的计算可能在MESH 行里通过将J设置成1 来进行。对轴对称，添加CYLINDRICAL=.TRUE. 到MESH 行中，坐标X 被处理为径向的r 坐标。任何边界状态不该被设置在平面y =

YMIN=XB(3)或y = YMAX=XB(4), 或r = XMIN=XB(1)，在一个r = XB(1)=0的轴对称的计算 中，为了更好的视觉效果， XB(4) 和XB(3)的区别要小，这样Smokeview的描绘看起来像是

2-D 的。

图 6.1 多个网格的几何体 6.3.2 多个网格和并行进程

多个网格意思是计算域包括多于一个的计算网格，经常是联着的。在各网格中，在特定网格内

的流速基础上的时间步可以解主要的方程。因每一个网格可以有不同的时间步，这一技术可节

省CPU 的时间，只在必要时要求相对粗的网格进行升级。粗网格最好用在关键值小或不重要

的时间和空间梯度上。并行FDS 需要分割计算区域为多各网格，每个处理器运行一个，或者

在多处理器上，描述多个网格的规则是相似的，有些问题需要记住。这里是一个名单，指导方

针和警告，对使用多重网格。

1. 如果有一个以上的网格，每个都要有MESH 行。这些行的输入命令在输入文件中一影响。 一般，网格应从优到粗的输入。FDS假定一个列在先的网格输入文件凌驾于第二个网格， 如果两网格重叠。网格可以重叠，邻接，或一点没有触及。最后的情况基本是单独的计算。 障碍及开口是进入了整格坐标系统，无须适用于任何一个特定的网格。每个网格检查所有 几何实体的坐标，并决定他们是否应包括在内。

2. 避免把网格边界放到关键点，尤其是火点。有些时候，火在网格间蔓延无法避免，但尽可

能尝试保持网格结合部相对远离复杂现象，因为跨越网格边界的信息交换相对于网格内的 细胞与细胞间的交换还不准确。

3. 其他网格的信息被接收，只在一个给定的网格的外部边界。一个完全嵌入大网格的小网格

接收外部边界的信息，但大网格不接收内部小网格的信息。基本上，通常较粗的大网格做

自己的模拟而不被通常更好并包含在其内部的小网格所影响。好网格的细节，特别是关系 到火的增长和蔓延，可能不被粗网格接收。这样，最好孤立火的行为在一个网格内，把粗 的网格放在好网格的外部边界。这样好网格和粗网格互相交换信息。

4. 使用相对粗的网格细胞实验不同的网格配置，以确保信息从网格到网格正在妥善转移。首

先，流体是否受到该网格边界严重的影响？如果是，尽量移动网格远离活动的地点。第二， 是否在网格间细胞单元的大小有太大的跳跃，如果是，考虑从好网格到粗网格的信息传递 损失是否是可以容忍的。

5. 当用简便公约来声明一个域的整个面是OPEN 开口时要小心。每个网格都有此属性，见 7.3

6. 用 FDS5 来获得在多重压力区产生的背景压力是可能的，甚至当压力区穿越网格边界时。 8.3

7. 并行计算时，迫使所有网格的时间步相同，设置SYNCHRONIZE=.TRUE.在TIME 行里。 注意这是在FDS5中各种操作默认的。用此设置，所有网格活跃在每次循环。对于单处理 器，多重网格的计算，这种策略可以减少甚至消除任何被多重网格使用的利益。但是，在 并行运算中，如果一个特定网格在循环中不活动，因为它不准备更新，那么处理器指定那 个网格不活动。迫使网格更新用比理想的时间步更短的时间不花费任何，因为处理器本来 会闲置下来，其好处是有严密的关系在网格间。同步时间步是可能的，在网格中特别选择 的一套网格。SYNCHRONIZE=.TRUE.加入到MESH 行并把SYNCHRONIZE=.FALSE.加 到TIME 行。

8. 当一个平面障碍接近两网格的临界时，确保每个网格都能看到它。如果障碍物甚至在其中

一个网格1毫米之外，那这个网格不计它，那样信息并不能在网格间正确交换。

9. 当并行的用多重网格运行时，计算效率如下检查：SYNCHRONIZE=.TRUE.加到TIME 行； 程序运行几百个时间步；计算在CHID.OUT文件里两个100重复点间的不同以墙上的时钟， 22.1；时间差别除以100。这是平均过去了，墙上时钟时间的每个时间步长；看每个网格 的CPU/步。最大值该略小于平均墙上的时间。并行计算的效率是最大CPU/步除以平均每 步的墙钟时间。如果此数在90%到100%之间，则并行运行良好。 6.3.3 网格扩展：TRNX,TRNY,TRNZ名单组表13.25 计算域的网状细胞默认有统一尺寸。但是，在一或两个坐标方向上不均匀是可以的。在X,Y,Z 方向上，具有改变均匀的网格到非均匀的网格的功能。小心网格变换！如果你缩小某处细胞， 那么必须扩大其他的细胞。当一或二个方向的网格改变之后，3D 网格中网格细胞的长宽比将

不同。为保险，应避免改变细胞的长宽比超过2或3. 记住，大涡模拟技术是基于假定这个数

值网格要好，以使漩涡的形态是与混合相关的。总的来说，漩涡的形成是由网格细胞的最大尺

寸限制的。这样，在一个或两个方向缩小网格可能吧会带来更好的模拟，如果第三个方向很大。

变形降低计算效率，两个方向的改变影响大于一个方向的影响。 如果变形网格：

&MESH IJK=15,10,20, XB=0.0,1.5,1.2,2.2,3.2,5.2 / 你相改变X 方向的空间。首先参考上面的数字。 &TRNX CC=0.30, PC=0.50, MESH_NUMBER=2 /

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