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研究生:唐德成
研究生(外文):Tang Te Cheng
論文名稱:以平行運算法進行火場模擬之初探
論文名稱(外文):Pilot Study about the Application of Parallel Computing Technique in Fire Simulation
指導教授:張寬勇張寬勇引用關係
口試委員:曹文琥林美雪許民陽
口試日期:2013-06-14
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:土木與防災研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:平行運算FDS
外文關鍵詞:Parallel computingFDS
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最近幾年火災發生的頻率及其危害程度,與我國社會的發展,特別是經濟的發展基本成反比關係。一旦發生火災,不管是娛樂場所還是工廠(特別是大型娛樂場所和化工企業),火勢蔓延迅速,短時間成災,後果十分嚴重。台中阿拉夜店大火造成九死八傷的慘劇,無疑是對防火安全管理敲了一記警鐘。
為模擬火場資料(如流場向量、流場溫度、煙濃度、一氧化碳濃度、熱輻射等),過去多運用電腦模擬計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)技術,模擬流場、火災成長、煙流擴散等情境,可解析熱驅動的低速流場,著重在煙流及熱傳遞的現象,同時也可模擬撒水頭作動,計算撒水後火場的變化,亦可用於通風模擬。
本研究利用平行運算方法來建立一個物理模型,並透過羅德島的案例讓物理引擎與FDS系統來進行釋熱率曲線與煙層厚度,來瞭解物理模型是否可以簡化火場模擬的模式,以期未來可以提供消防局進行火場起火點辨識或是針對轄區內危險區域模擬火災搶救訓練之用。


In recent years, the frequency and severity of fire accident are getting more and more serious. Especially for big entertainment place and chemical factories, once it has fire, it will stretch rapidly in a short time with very serious damage. For example, the fire accident of ALA Night Club in Taichung took 9 deaths and 8 injured. It alerts the current safety management in fire prevention.
For simulating the data in fire, such as vector flow, flow temperature, smoke density, CO density, thermal radiation, etc., it always uses Computational Fluid Dynamics techniques (CFD) to simulate the flow, fire growing, and smoke stretch. The simulation could be used for analyzing the low speed flow of thermal, the situation of smoke flow, and heat conduction. Also, it could also be used for simulating the movement in sprinkling water, and estimating the change after sprinkling, or having simulation in air flow.This research is using parallel computing to build up a physical model. By taking the case in Rhode Island, it uses physical engine and FDS system to simulate the curve in heat releasing and depth of smoke. This study would make the researcher to make sure if the physical model could simplify the model for simulating fire accident. The research result is expected to provide Fire Bureau to recognize the ignition point, or have the training for rescuing from fire in the future.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起與目的 1
1.2 研究方法與流程 2
1.2.1 研究方法 2
1.2.2 研究流程 2
第二章 理論與文獻探討 4
2.1 平行運算理論介紹 4
2.2 FDS系統理論介紹 11
2.2.1 FDS使用上注意事項 11
2.2.2 FDS的架構與功能 12
2.2.3 FDS模擬內容設定與一般程序 13
2.3 相關碩博士論文探討 15
2.3.1 FDS相關論文彙整 15
2.3.2 平行運算相關論文彙整 18
第三章 實驗設計說明 21
3.1 案例介紹 21
3.1.1 Station Nightclub環境說明 21
3.1.2 實驗室場景空間描述 22
3.1.3 實驗空間裝修材質描述 24
3.2 平行運算系統規劃 26
3.3 實驗驗證基準 29
3.3.1 溫度曲線 29
3.3.2 火焰高度 32
3.4 火煙運算開發方式說明 40
第四章 結果與討論 43
4.1 實驗數值比對 43
4.1.1 溫度曲線比對 43
4.1.2 火焰高度比對 44
4.1.3 煙層高度/厚度比對 46
4.1.4 煙層高度比對 47
4.1.5 煙層厚度比對 48
4.2 驗證結果分析 49
4.2.1 溫度曲線比對 49
4.2.2 火焰高度比對 49
4.2.3 煙層高度及厚度比對 50
4.2.4 煙層圖面比對 51
4.2.5 火焰動畫截圖比對 60
第五章 結論與建議 69
5.1 結論 69
5.2 建議 70
參考文獻 71
附錄
附錄A FDS模型及程式運算兩者之數值 73
附錄B 程式編碼(摘錄) 92

1.黃育祥,以地板縱火燃燒試驗改善火場調查模擬之研究,博士論文,國立台灣科技大學建築研究所,台北,2010。
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