PyroSim入门教程.docx

PyroSim入门教程
PyroSim入门教程

编辑整理：

尊敬的读者朋友们：
这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（PyroSim入门教程）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为PyroSim入门教程的全部内容。

PyroSim入门教程
消防啦   2009-05-17 23：32   阅读414   评论25  
字号: 大大  中中  小小
1. 运行一个FDS例子
1.1 启动PyroSim(并打开Example Guide, Chapter 1）。具体就不多说了,开始〉程序>…………
下面是PyroSim启动时的截图,上面有中文“火”的写法，但是看起来似乎是源自日文汉字（Kanji）的火.但是开发PyroSim的Thunderhead engineering是一家位于美国的公司。

1.2 建立网格
选择Model > Edit Grid ..。 在跳出的面板上点New。把网格的边界设置为Min X = 0,Max X = 10，Min Y = 0，Max Y = 10，Min Z = 0，Max Z = 10.同时把网格数量设为X cells = 20，Y cells = 20，Z cells = 20。如下图所示:
在FDS里面，基本形状只能是长方体的（尽管通过长方体的组合，能模拟复杂的几何形状）。网格也只能是正交网格(点确定后可以看到).这个例子是模拟风洞内的燃烧,风洞尺寸为10米*10米*10米。每边划分成20个网格，总共有8000个网格.在FDS中，由于求解器的特殊要求，每边划分的单元数通常要求是2，3或5的倍数.

点击OK后，网格就生成了，如下图所示：

1。3 定义粒子
这里的粒子并不是通常CFD软件里的拉格朗日粒子，只是为了后处理方便而定义的示踪粒子。选择Model > Edit Particles 。.。，然后点New。不要选Particle Have Mass,这样粒子没有质量，仅是示踪粒子.选中Color Particles During Animation，使用默认的颜色，红色.这样在结果中会有红色的示踪粒子。

1.4 建立面
实际上,在建立网格的时候，我们已经得到了计算模型。这里的面是用来定义边界条件。要注意的是，这里仅仅定义边界条件，而没有给模型中的面指定边界条件.也就是说只定义边界上的物理条件，但并没有和模型中的边界联系起来.
定义入口边界。Model > Edit Surface Properties 。。。，点New。Surface name是BLOW,使用INERT作为模板.选择surface type为 "Fan/Wind”.然后下面会有很多选项.系统定义的表面类型都有明确的物理意义,还是比较好懂的.Fan/Wind里可以定义入口空气的温度和速度.为了便于区分，把Color选成蓝色。Air Temperature = 20 C，Specify Normal Velocity = -1。0 m/s.—1.0 m/s代表气流速度为1m/s,方向为进入计算域(+1。0m/s为出）.第三个标签下，选中Emit Particles，Particle Type = PART。最后点OK。各步骤的截图如下：

在这里例子里面,只需要定义BLOW这一个面，其余的面可以用系统定义的来表示。
1。5 定义边界条件
这里是真正指定表面的边界条件.
定义入口。选择Model 〉 New Vent ...，在Specification标签下，Description = Vent Blow,Type = BLOW，Lies in the plane X = 0.0，Min Y = 3，Max Y = 7，Min Z = 3，Max Z = 7.在X=0平面上，有4＊4的范围为BLOW的边界条件。点OK，离开界面。具体操作和操作后的结果为：

定义出口。步骤和上面的基本一样，Model 〉 New Vent ..。 > New。Description = Vent Open，Type = Open，Lies in Plane X = 10,Min Y = 3， Max Y = 7，Min Z =3，Min Z = 7。在和入口相对的面上,有一个4*4的通风口。

1.6 定义切面
FDS使用LES模型模拟湍流，会产生大量的瞬时数据。FDS里面需要定义切面，只有切面数据会保存.
Output > Slices ...。XYZ plane = Y，Plane value = 5，Gas Phase Quantity = Velocity，Use Vector = No。OK。在Y=5平面上，保存速度值，但是不保存矢量.

1。7 设定模拟参数
FDS 〉 Simulation Parameters 。...Simulation Title = Wind Tunnel，Specify Duration = 60 s，Initial Time Step = 0。15 s。数值模拟总时长为60秒,初始时间步长为0.15秒（后面的时间步长有系统自动决定）。OK.

1。8 运行FDS
FDS 〉 Run FDS 。。。 先要保存一个*.data文件（自行命名）。然后FDS开始求解，求解过程如下图所示：

1。9 检查结果
FDS算完60秒后，会自动弹出SmokeView窗口。 在上面点右键Load/Unload 〉 Slice File 〉 VELOCITY > ＊Y=5.0。会显示前面定义的切面上的速度云图。
在上面点右键Load/Unload 〉 Particle file > *SMOKE/WATER。会显示粒子轨迹。

至此,我们已经完成了FDS里面的第一个练习.下面可以修改上面的例子,做一个隧道内火灾的模拟。
2。 隧道火灾模拟
隧道内的火灾模拟是一个很常见的FDS应用。如果在隧道内发生火灾，如果通风系统没有工作，燃烧产生的烟会向两边对称扩散，引起能见度的下降，和对隧道内人员的健康威胁。通常，需要在隧道入口装风扇，把烟吹向出口，这样烟雾就不会向入口扩散。烟雾向上游的扩散成为是逆流(back layer flow)。入口风速大，逆流长度就小，或者没有逆流；入口风速小，逆流长度就长。逆流长度刚好为零的入口风速成为是临界速度(critical velocity）。FDS广泛使用于逆流的研究。
这里要做的是一个60*16＊6的隧道.入口速度是3m/s，入口温度是25C.在底部有一块8＊8的燃烧区域，火灾大小为100MW。为了简化问题没有模拟过程，而是直接把100兆瓦的热量直接分布在64平方米的面积上,折合1562。5kw/m2。
2。1 继续前面的模型
下面要修改前面建立的模型。如果模型没有打开，可以打开保存的*。psm或者＊。data文件.
2.2 建立网格
在左边的树形目录上，双击Grids > GRID。在弹出的面板上,修改Max X = 60，Max Y = 16，Max Z = 6，X cells = 120,Y cells = 32，Z cells = 12.OK.点OK后,可能模型不在屏幕中央，可以点击工具栏上右数倒数第二个图标(Reset View to All Visible Objects)重置显示。步骤和结果如下所示：

2.3 建立面
这里需要建立两个面.第一个面是入口，修改前面的BLOW条件；第二个面是FIRE，需要创建.
在左边双击Surfaces > BLOW。Properties 〉 Air Temperature = 25 C。Air Flow > Specify Normal Velocity = —3 m/s.
Model > Edit Surface Properties 。。。 > New。.。,Surface Name = FIRE，OK。Surface Type = Non-Flammable Solid。Boundary Conditions 〉 Boundary Types = Fixed Heat Flux，Heat Flux = 1562。5,OK。

2.4 定义边界条件
按照上面的描述，有三个边界条件需要定义.
双击Model 〉 Vent Blow。把整个X=0平面设成是入口.Min Y = 0,Max Y = 16，Min Z = 0,Max Z = 6.OK。
双击Model > Vent Open。把整个X=60平面设成是出口。Lies in the plane X = 60，Min Y = 0，Max Y = 16,Min Z = 0，Max Z = 6。OK。
新建一个Fire Region边界条件，在主菜单上选择：Model > New Vent。Description = Vent Fire，Type = FIRE,Lies in the plane Z = 0，Min X = 26，Max X = 34，Min Y = 4，Max Y = 12。OK。
过程及结果如下:

2。5 定义切面
在Y=8平面定义一个切面.Output 〉 Slices ..。.把Plane Value改成8。在Y=8平面定义一个新的切面，来显示温度。因为我们没有模拟燃烧，根据温度场可以大概知道烟雾的分布。XYZ Plane = Y，Plane Value = 8，Gas Phase Quantity = TEMPERATURE,Use Vector? = No.

2.6 设定模拟参数
模拟的总时长为60秒.FDS > Simulation Parameters ..。.Simulation Title = Tunnel Fire，Specify Duration = 60，Initial Time Step = 0。1。OK。

2.7 运行FDS
FDS > Run FDS 。。.。先保存一个合适的＊。data文件.然后求解器会启动。求解过程大约为15分钟（在我的电脑上)。求解结束后,会自动跳出SmokeView。

1。9 检查结果
在自动弹出SmokeView窗口上面点右键Load/Unload 〉 Slice File > TEMPERATURE 〉 *Y=8.0。会显示前面定义的切面上的温度云图。

1.10 分析
在上面的温度云图中，我们可以看到，在入口速度为3m/s的时候，隧道内有非常显著的回流.也就是说3m/s的入口速度，不足以阻止烟气向上游扩散。有兴趣的朋友可以增加入口速度，看看这个问题的临界速度是多少。我试出的临街速度是4.5m/s左右。
另外一个问题是这个结果准确吗？理论上来说LES和k-e相比，有很大的优越性，但是由于FDS使用是有限差分的方法，而且没有检查收敛性（explicit)，通常情况下只能作为参考。比如这个例子，有兴趣的朋友，可以用Fluent/CFX建模算一下，Fluent/CFX给出的临界速度应该在2。7m/s左右。差别还是相当大的.另外根据我的测试(和一组条件不同的实验数据的比较)，基于k-e的Fluent/CFX结果通常会稍稍低估临街速度。但是总体而言，还是Fluent/CFX的结果更加可信。值得提醒的是，用Fluent/CFX的时候，一定要记得加上浮力修正。