Simcenter建筑火灾发展过程一般分为3个阶段，火灾的初起阶段、火灾的全面发展阶段、火灾的熄灭阶段。初起阶段火灾范围不大，室内温度差别大，在燃烧区存在高温，通风条件和及时的控制对于燃烧和火灾扩散的影响很大，该阶段是灭火的最有利时机。为此，建筑物合理的通风布局，以及在建筑内安装和配备适当数量的灭火设备；通过及时发现火灾并发出警报，控制或者消灭起火点，减少或者拖延烟雾扩散，可以为人员安全撤离和消防队员的进入争取更多的时间。

　　另外，火灾一旦发生，就会产生大量的有毒烟气，烟气在建筑物内不断流动扩散，不但导致火灾蔓延、影响视线，也会引起人员恐慌，影响人员疏散与消防扑救，也是伤亡的主要原因。

　　由于建筑建设周期长，实验成本高，消防问题往往无法通过实验验证所有紧急情况的应急预案有效性，往往通过满足消防标准和以往经验进行设计。为了帮助设计人员更直观的了解和正确设计消防喷水设施和防排烟系统的效果，CFD数字化仿真成为复现突发工况的应急方案有效性的有效方法，并可以对多种预案进行比选，通过对比获得最有效的应急预案。

　　STAR-CCM+中作为通用CFD仿真工具，其包含火灾和烟雾模拟导航模块，使用被动标量模拟烟雾扩散，不用求解燃烧反应方程，有效提升了求解效率；基于JAVA框架的GUI向导界面，帮助客户快速建立火源、屏障、通风系统、热/烟雾探测器和后处理；使用Steckler fire和其他工具验证物理模型。

　　另外，本文详细介绍了火灾初起阶段，洒水喷头在瞬态火灾场景中冷却气体层的推荐设置。本文最后附带一个测试算例。

　　为了能够对这种类型的仿真进行建模，下面列出了一些要求：

　　1. 欧拉相必须是由两相组成的多组分气体：空气和水。

　　-在STAR-CCM+中，在以下节点下创建：Continua> Spray > Models > Multi-Component Gas

　　图 欧拉多相流多组分气体组成

　　2. 拉格朗日相由单一液态水相组成。

　　-在STAR-CCM+中：Continua >Spray > Models > Lagrangian Multiphase> Lagrangian Phases

　　a.需要考虑液滴的破碎和蒸发时，以下是拉格朗日相的推荐物理模型：

　　-Liquid (water)

　　-Energy

　　- DragForce

　　- TABBreakup

　　-Droplets Evaporation

　　-Two-Way Coupling

　　注意：双向耦合使拉格朗日相和连续相之间的质量/动量/能量交换成为可能。

　　可以参考用户手册以下部分，来实现特定应用下需要添加的额外模型：

　　ModelingPhysics > Modeling Multiphase Flow > Using the Lagrangian MultiphaseModel > Working with Lagrangian Phase Models

　　b. 需要确定蒸发组分和液体组分之间的联系

　　-在STAR-CCM+中：Continua > Spray >Models > Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases > Water >Quasi-Steady Evaporation > Vapor Components

　　c. 最好将饱和压力设置为温度的函数：最好使用Antoine Equation进行计算

　　-在STAR-CCM+中：Continua > Spray >Models > Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases > Water > Liquid> H2O >Saturation Pressure > Antoine Equation

　　d. 最后确保冷凝（Condensation）是关闭（Turn off）状态

　　-在STAR-CCM+中：Continua > Spray >Models > Lagrangian Multiphase > Lagrangian Phases > Water >Droplet Evaporation >Condensation

　　3. Simcenter设计自动喷水灭火

　　首先，创建Lagrangian Injector，以便将水滴喷入计算域中。

　　设计喷射器有很多可能性，包括设置条件和参数值（如分布、温度等）。可以参考用户手册中如下部分介绍：

　　ModelingPhysics > Modeling Multiphase Flow > Using the Lagrangian MultiphaseModel > Working with Injectors > Using Injectors

　　这是初步建议，实际应用可能需要进一步建模。例如，可能需要考虑其他物理因素，包括重力或撞击后在地板上形成的液膜等。

　　注意，测试用的案例的网格较粗，时间步长为0.1s，可以进一步调整。

　　以下是两种喷淋策略的比较。与第一套系统（1个高压喷头）相比，第二套系统（4个喷头）的平均温度下降得更快，两者在55s时均达到〜40℃。

　　（a）一个高压喷头（配置1）

　　（b）使用四个低压喷头（配置2）的象限方法。

　　Simcenter从以上2个喷淋冷却方案对比，可以了解在同样质量流量的情况下，4个低压喷头的冷却效果要比1个高压喷头的冷却效果好，如果是真实消防方案对比，就可以通过CFD仿真为设计工程师提供方案对比参考数据，体现了CFD仿真的指导意义。

　　本文中的四个低压喷头模拟模型，请点击以下链接下载：

　　链接：https://pan.baidu.com/s/1VcJfFhYzvv10zzRYIostLw

　　提取码：obp7

　　参考：

　　【1】PAULEDWARD DESJARDIN, LOUIS A. GRITZO| A Dilute Spray Model for Fire Simulations:Formulation, Usage and Benchmark Problems , 09/2002, DOI:10.2172/807053

　　【2】《How tomodel gas cooling using water sprays?》by Alistair Field