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计算机CFD仿真模拟:巴黎圣母院火灾蔓延过程

摘要: 法国当地时间2019年4月15日下午6点50分巴黎圣母院发生火灾,这座人类著名历史建筑被大火严重破坏。在扼腕叹息之余,我们通过计算流体力学CFD模拟手段再现了巴黎圣母院的火灾蔓延过程,为火灾事故原因调查提供了初步 ...

法国当地时间2019415日下午650分巴黎圣母院发生火灾,这座人类著名历史建筑被大火严重破坏。在扼腕叹息之余,我们通过计算流体力学CFD拟手段再现了巴黎圣母院的火灾蔓延过程,为火灾事故原因调查提供了初步的参考

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火灾蔓延CFD模拟

巴黎圣母院主体为砌体拱结构,上部覆盖木结构屋顶,因此,本次大火的主要蔓延区域是木屋顶部分,如下图深红色区域。

(图片源自BBC

为模拟这次火灾事故,我们在第一时间建立了巴黎圣母院的计算流体力学CFD数值模拟模型,如下图所示。模拟平台为美国国家标准与技术研究院NIST发的软件FDS(火灾动力学模拟器)。图中绿色部分为巴黎圣母院的木质屋顶,设置成可燃物,其他区域为惰性不可燃物体。

精细化的火灾CFD模拟耗时巨大,一般需要大型计算机,长达数日才能给出结果。在此次模拟中,我们在材料燃烧性能和燃烧时间方面都进行了简化和缩放处理,以最快时间给出结果。

历经12小时的资料收集、建模、模拟、讨论后,我们给出了巴黎圣母院火灾蔓延过程的CFD模拟结果,如下所示:

巴黎圣母院火灾蔓延过程CFD模拟

通过上述巴黎圣母院的火灾蔓延过程模拟结果,我们可以清楚的看到:火是从中间部分开始蔓延,先向上蔓延,烧毁了高塔Spire,然后向四周蔓延,烧毁了整个十字型木屋顶

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与实际过程的对照

我们完成模拟后,恰好发现纽约时报梳理了巴黎圣母院火灾蔓延过程。我们将模拟结果与纽约时报结果进行了对照,以验证CFD模拟的合理性。

根据纽约时报的梳理,巴黎圣母院的火灾过程分为了3个阶段:

1)尖塔周边开始起火

法国当地时间2019415日下午650分,巴黎圣母院大教堂尖塔底部冒出火焰和烟雾。纽约时报与本文CFD模拟结果对照过程如下图所示。可以看出本文模拟结果清晰地展示了起火区域的火灾烟气。

▲起火阶段(纽约时报)

起火阶段(CFD模拟)

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本文作者
2019-4-19 11:37
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