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研究生:李秉融
研究生(外文):Bing-Jung Li
論文名稱:孔流(VentFlow)現象之電腦模擬分析與中性層(NeutralPlane)公式應用探討
論文名稱(外文):The Vent Flow Analysis for The Neutral Plane Layer Equation Modification
指導教授:何三平何三平引用關係
指導教授(外文):San-Ping Ho
學位類別:碩士
校院名稱:長榮大學
系所名稱:職業安全與衛生研究所
學門:醫藥衛生學門
學類:公共衛生學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:CFD model中性層FDS區域模式(Zone model)
外文關鍵詞:CFD ModelNeutral Plane LayerFDSZone Model
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本研究藉由Computational Fluid Dynamics model(簡稱CFD model)模擬火場情境,比較模擬與公式計算之結果,以求模擬與理論結合之目標。
本研究以Fire Dynamics Simulator(簡稱FDS)進行火災情境之模擬,探討標準空間與加大型空間內,變化不同之火源位置、開口面積大小、熱釋放率、開口數目及開口相對位置等因素,進行穩態火災模擬,並將電腦模擬數據與中性層高度預測公式比較,探討模擬與公式之相符性。
模擬結果顯示空間內氣體溫度隨開口高度增加而上升,並非如區域模式(Zone model)所假設為均勻溫度之狀況,因此計算出氣量除以進氣量( )值時,結果與應等於1之理論值仍有相當差距,而是隨火源位置與開口面積不同而變化,熱釋放率大小之影響則是甚小,但若因氣流造成火焰偏移,將會影響 值,因此這些受影響之數據較不適用於公式修正。標準空間之線性方程式與標準空間結合加長空間後之線性方程式相互比較發現,空間大小並不影響修正係數之適用性。藉由一系列之模擬後,中性層高度預估公式修正為 , 為修正係數,x為開口總面積。
單一開口空間之中性層高度修正係數分別為火源位於中央(房間內部且四周不靠牆)時,修正係數 ;火源位於牆壁(房間內部且單面靠牆)時,修正係數 ;火源位於角落(房間之角落)時,修正係數 。門與落地窗式多開口空間之修正係數分別為中央火源之修正係數 ;牆壁火源之修正係數 ;角落火源之修正係數 。門與窗多開口空間之修正係數分別為中央火源之修正係數 ;牆壁火源之修正係數 ;角落火源之修正係數 。依照不同之情形選用適當的修正係數。
Fire Dynamics Simulator (FDS) was used to simulate the neutral plane layer height based on different fire sizes, fire locations, heat release rates, vent areas, and room dimensions. The differences were obvious between the simulation data and neutral plane layer formulas.
The correlation, , was used to present the relationship between the flow-in gas and the flow-out gas and x was the total opening area of the room. The correlation of was obtained for the fire not leaning against the walls of the room and the fire did not shift too much during the tests. The wall fire was modified with the equations and was for the fire of the side walls and the corner fire in the test room.
The correlations should be modified for a two-opening room with one window facing to one door. Other equations were also developed to predict the neutral plane layer for center fire, wall fire and corner fire in a multi-opening room.
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究流程 4
第二章 文獻回顧與探討 6
2.1 火源形式定義 6
2.2 Vent Flow定義與測量 6
2.3 Zone model之中性層高度推導公式 7
2.4 FDS之可靠度分析 8
2.5 區域模式(Zone Model)與實場模式(Field Model)之應用與比較 11
2.6 煙層高度預測 13
2.7 其他相關文獻 17
第三章 研究方法與設計 20
3.1 實驗儀器設備 20
3.1.1電腦模擬軟體 20
3.2 Vent Flow電腦模擬設計 21
3.3 單一開口空間 22
3.3.1 不同火源位置對預估中性層高度之影響 22
3.3.2 不同空間開口大小對預估中性層高度之影響 25
3.3.3 不同火源熱釋放率對預估中性層高度變化之影響 26
3.3.4 火源與開口距離對預估中性層高度之影響 27
3.3.5 空間大小對預估中性層高度之影響 28
3.4 多開口空間 28
3.4.1 門與落地窗式之房間 29
3.4.2 門與窗(一般型)之房間 31
3.4.3 多開口空間之加大尺寸模擬 35
3.5 中性層高度相關推導公式之應用 36
第四章 結果與討論 38
4.1 實際火場空間之溫度分布與區域模式之比較與探討 38
4.2 中性層高度之判斷 39
4.3 單一開口空間之中性層高度預估分析與探討 40
4.3.1單一開口空間之出氣量( )、進氣量( )及兩者比值( )之探討與分析 40
4.3.2 火源A之中性層高度預估分析與探討 43
4.3.3 火源B之中性層高度預估分析與探討 47
4.3.4 火源C之中性層高度預估分析與探討 48
4.3.5 火源D之中性層高度預估分析與探討 50
4.3.6 火源E之中性層高度預估分析與探討 51
4.3.7 火源F之中性層高度預估分析與探討 53
4.3.8 單一開口空間內之各火源之中性層高度預估整合分析與探討 54
4.3.9 火源燃燒效率之分析與探討 58
4.3.10 單一開口空間之中性層高度預估修正公式與修正係數 60
4.4 門與落地窗式多開口空間之中性層高度預估探討與分析 62
4.4.1 火源A之中性層高度預估分析與探討 62
4.4.2 火源B之中性層高度預估分析與探討 65
4.4.3 火源C之中性層高度預估分析與探討 65
4.4.4 火源D之中性層高度預估分析與探討 67
4.4.5 火源E之中性層高度預估分析與探討 67
4.4.6 門與落地窗式多開口空間內之各火源的中性層高度預估整合分析與探討 68
4.4.7 門與落地窗式多開口空間之中性層高度預估修正公式與修正係數 69
4.5 門與窗(一般型)多開口空間 71
4.5.1 開口相對高度不同時,各火源之中性層高度預估分析與探討 71
4.5.2 火源A之中性層高度預估分析與探討 74
4.5.3 火源B之中性層高度預估分析與探討 75
4.5.4 火源C之中性層高度預估分析與探討 75
4.5.5 火源D之中性層高度預估分析與探討 77
4.5.6 火源E之中性層高度預估分析與探討 77
4.5.7 門與窗式且開口中心點同高之多開口空間之中性層高度預估修正公式與修正係數 78
4.5.8火源燃燒效率之分析與探討 79
第五章 結論與建議 81
5.1 結論 81
5.2 建議 84
參考文獻 85
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