Ошибки fds pyrosim

 

Ошибки в FDS

Ниже приведен перевод некоторых ошибок, возникающих при запуске расчета FDS, а также рекомендации по устранению этих ошибок.

Список далеко не полный. Если вам встретилась ошибка, которой нет в списке, пишите нам, будем пополнять список.

Ошибки при запуске расчета

ERROR: Problem with SURF number 1

ERROR: Problem with REAC number 1

ERROR: Problem with OBST number 1

ERROR: Problem with VENT number 1

ERROR: Problem with HOLE number 1

ERROR: Problem with DEVC number 1

и другие аналогичные ошибки (SURF — поверхность, REAC — реакция, OBST — препятствие, VENT — вентиляционное отверстие, HOLE — отверстие, DEVC — датчик)

Указанный объект имеет неверные или противоречивые параметры. Номер означает порядковый номер объекта в текстовом виде.

Обратите внимание! Первыми считаются данные, находящиеся в поле «Дополнительные записи».

ERROR: OPEN, MIRROR, OR PERIODIC VENT 1 must be an exterior boundary

Вентиляционное отверстие с поверхностью OPEN, MIRROR или PERIODIC должно располагаться на внешней границе сетки.

Т.е. такое вентиляционное отверстие не может располагаться на препятствии.

ERROR: VENT 1 must be attached to a solid obstruction

Вентиляционное отверстие (VENT) должно быть присоединено к твердой поверхности (препятствию или границе сетки).

1. Проверьте, что координаты вентиляционного отверстия и препятствия (или границы сетки) совпадают, т.е. VENT действительно лежит на твердой поверхности.

2. Если границы объекта не лежат точно на границах ячеек сетки, FDS сдвигает границы к ближайшим ячейкам. При этом может получиться так, что вентиляционное отверстие было сдвинуто к одной границе, а препятствие к другой. Поэтому желательно задавать координаты точно по сетке.

3. Проверьте, что препятствие, к которому присоединен VENT, имеет толщину хотя бы в одну ячейку сетки.

Проверить, как выглядят объекты, выровненные по сетке, можно, нажав на верхней панели инструментов кнопку «Предварительный просмотр блоков FDS».

ERROR: Memory allocation failed in the routine INIT

Ошибка означает, что не хватает оперативной памяти для запуска расчета.

Вероятно, в модели слишком много ячеек. Попробуйте уменьшить расчетный объем либо увеличить размеры ячеек сетки.

ERROR: Must specify fuel chemistry using C and/or H when using simple chemistry

В топливе с простой химией должны быть обязательно заданы C и/или H.

ERROR: Fuel FORMULA for SIMPLE_CHEMISTRY can only contain C,H,O, and N

В топливе с простой химией могут использоваться только элементы C,H,O и N

ERROR: SURF fire indicates burning, but there is no REAC line

Судя по поверхности, в модели присутствует горение (т.е. задана поверхность «горелка» или «многослойная» с соответствующими свойствами), но не задано ни одной реакции.

Проверьте, что реакция задана и сделана активной.

ERROR: SPEC PRODUCTS, sub species 1 not found

Такие ошибки возникают, если не задан какой-либо газ, который используется в реакциях.

Проверьте, что данные из файла «реакции с хлором» скопированы полностью. Проверьте, что установлена галочка «Всегда включать в записи FDS» для газов CARBON DIOXIDE (CO2), CARBON MONOXIDE (CO), OXYGEN (O2) и HYDROGEN CHLORIDE (HCl) (меню «Модель» — «Редактировать газы» для каждого газа на вкладке «Дополнительно»).

ERROR: The default EXTINCTION MODEL is designed for 1 reaction

В модели задано более одной активной реакции.

Проверьте, что в разделе «Реакция» в качестве активной установлена только одна реакция.

Проверьте, что если вы задаете реакцию с хлором (в текстовом виде в поле «Дополнительные записи»), то в разделе «Реакция» не установлено активных реакций.

ERROR: SURF 1 cannot be applied to a thin obstruction, OBST #1

Поверхность 1, у которой задана возможность выгорания, не должна применяться к тонкому препятствию (толщина препятствия менее одной ячейки сетки). Нужно либо вручную поправить размер препятствий, либо в меню FDS — Параметры моделирования, на вкладке «Угловая геометрия» выбрать пункт «Все препятствия должны иметь толщину»

ERROR: Cannot overlap HOLEs with a DEVC_ID or CTRL_ID. HOLE number 71

Ошибка говорит о том, что отверстия, для которых задан элемент управления, не должны перекрываться.

Необходимо проверить:

1. Что отверстия не накладываются друг на друга. Включите «Предварительный просмотр блоков FDS» на верхней панели инструментов — возможно, при преобразовании в блоки FDS два соседних отверстия начинают накладываться друг на друга, даже если при обычном отображении этого не видно.

2. Что отверстия не находятся на границе двух сеток. В таком случае возможен вариант, что каждая сетка считает отверстие отдельно — и будет считать, что они перекрываются. Отодвиньте границу сеток от отверстий, либо убедитесь, что программа воспринимает его как одно отверстие.

ERROR: Reposition DEVC No.1. FDS cannot determine which boundary cell to assign.

1. Препятствие, на котором размещены датчики, нужно выровнять по сетке. Датчики разместить строго на границе препятствия.

2. В свойствах датчиков параметр «Нормаль к твердому телу» нужно задать в направлении «от препятствия». Например, датчик №1 находится на грани препятствия, ориентированной в положительном направлении по оси Х, значит, нормаль нужно задать (1, 0, 0)

ERROR: Species 11 has the same ID as species 4.

Ошибка означает, что газ 11 имеет то же название, что и газ 4. Вероятно, какой-то газ задан в дереве объектов в разделе «Газы», и тот же газ добавлен в текстовый вид в раздел «Дополнительные записи» при задании реакции с хлором. Нужно перейти на вкладку «Текстовый вид», посчитать газы по порядку (строчки, которые начинаются со слова SPEC) и удалить повторяющиеся газы.

ERROR: The domain appears sealed. Specify one or more pressure ZONEs.

В версии FDS 6.7.4. появилась проверка на герметичность домена. Ошибка говорит о том, что домен герметичен.

Необходимо либо создать вент.отверстия с поверхностью OPEN для создания связи с атмосферой, либо создать зоны давления в домене (если действительно нужны герметичные помещения).

ERROR: Cannot define a BACKGROUND species if using the simple chemistry

Такая ошибка обычно возникает, когда одновременно задана реакция в дереве объектов и реакция со сложной стехиометрией в текстовом виде на вкладке «Дополнительно». Удалите одну из реакций.

ERROR: DEVC 01. All components of ORIENTATION are zero. 

Для датчика 01 все компоненты нормали (X,Y,Z) заданы равными нулю. Необходимо задать хотя бы один компонент не равным нулю.

ERROR: MESH   1 is not in alignment with MESH   2 Сетки не выровнены друг с другом.

Соседние сетки должны соединяться так, чтобы узлы ячеек сетки совпадали.

Проверить соединение сеток в интерфейсе можно в узле «Сетки»:

 

Неправильно:

Правильно:

Ошибки во время выполнения расчета

ERROR: Numerical Instability (Численная нестабильность)

Ошибка возникает в процессе расчета и расчет прерывается.

В процессе расчета скорость потока в какой-то области домена возрастает из-за численных ошибок, приводя к тому, что результаты становятся нереальными, и программа прерывает расчет. При этом создается файл Plot3D, так что в SmokeView можно посмотреть, в каком месте возникла ошибка (большие вектора скорости в определенном месте домена).

По нашему опыту численная нестабильность может возникнуть во время моделирования как результат ошибки в модели, а не ошибки в FDS. Численная нестабильность обычно возникает при повышении или понижении давления в сетке. Если вы видите эту ошибку, добавьте датчик давления в модель и смотрите, что происходит с давлением. Проблемы обычно возникают из-за того, как заданы граничные условия.

Распространенные проблемы с граничными условиями следующие:

•       Недостаточность открытых вентиляционных отверстий на границах. Типичный случай, когда огонь нагревает воздух в помещении, а открытых проемов нет, так что нагретый воздух расширяется и повышает давление в помещении, что может привести к нестабильности. Решение – убедиться, что все помещения имеют открытые отверстия.

•       Дисбаланс режимов потока. Это случается, когда пользователь задает и приток, и вытяжку в одном помещении. Если в помещении пожар, плотность удаляемого горячего воздуха меньше, чем поступающего наружного воздуха, так что в результате накопления массы в помещении повышается давление. Решение – задать скорость притока, а вытяжку задать открытыми отверстиями (или наоборот). Открытые проемы компенсируют изменения плотности.

•       Граничные условия потока в замкнутых пространствах. Наиболее часто случается при использовании CAD-данных для создания модели. Если приток задан на границе сетки, то может оказаться, что он захватывает и ячейки сетки вне модели. Решение – убедиться, вокруг модели есть открытые вентиляционные отверстия.

Прерывание расчета из-за проблем с MPI

[mpiexec@WIN-3U9RBT08V29] ..\hydra\pm\pmiserv\pmiserv_cb.c (834): connection to proxy 0 at host 123 failed

[mpiexec@WIN-3U9RBT08V29] ..\hydra\tools\demux\demux_select.c (103): callback returned error status

[mpiexec@WIN-3U9RBT08V29] ..\hydra\pm\pmiserv\pmiserv_pmci.c (507): error waiting for event

[mpiexec@WIN-3U9RBT08V29] ..\hydra\ui\mpich\mpiexec.c (1148): process manager error waiting for completion

Чтобы исключить такие прерывания расчета, отключите сетевые соединения на компьютере (даже если выполняется расчет на одной сетке). MPI проверяет соединение, и в случае проблем с соединением может прервать расчет.

ERROR: Cannot specify fixed flows for all branches of internal

Данная ошибка означает, что для всех воздуховодов, соединяющихся в одном из внутренних узлов системы HVAC, задан фиксированный расход воздуха (или скорость). Нужно убрать фиксированный расход для одного из воздуховодов (чтобы программа могла самостоятельно посчитать баланс расхода).

Проблемы с интерфейсом программы

Программа закрывается при запуске

PyroSim использует много продвинутых функций видеокарты, для быстрого и качественного отображения модели.

Иногда эти функции видеокарты в сочетании с определенными драйверами могут вызвать проблемы отображения или привести к закрытию программы при запуске. Первым делом в таких случаях нужно убедиться, что установлены последние драйвера видеокарты и обновления на операционную систему.

Если проблемы не исчезли после обновления, попробуйте запустить PyroSim в безопасном режиме, в котором отключаются некоторые графические функции.

Для запуска безопасного режима:

1.      Откройте командную строку (откройте меню «Пуск» и напечатайте «cmd», нажмите Enter).

2.      В командной строке перейдите в папку с установленным PyroSim, напечатав cd «C:\Program Files\PyroSim 2020″»

3.      Запустите PyroSim в безопасном режиме, напечатав pyrosim -DSafeMode.

4.      Если PyroSim запустился, вы можете посмотреть, какие именно свойства отображения были изменены. Зайдите в меню «Файл» — «Настройки» — вкладка «Рендеринг». Изменяя параметры по одному, можно определить, какой именно вызвал проблему.

Аналогичная процедура в случае проблем с отображением данных в программе просмотра результатов.

Не русский интерфейс

Такое возможно, если операционная система англоязычная. Чтобы запустить программу на русском языке, нужно добавить дополнительные параметры в ярлык, которым выполняется запуск программы.

Для этого нужно кликнуть правой кнопкой мыши по ярлыку, запускающему программу, выбрать «Свойства». На вкладке «Ярлык» в поле «Объект» нужно добавить следующий текст в конец строки:

-J-Duser.language=ru -J-Duser.country=RU

То есть полностью строка будет выглядеть так:

«C:\Program Files\PyroSim 2020\pyrosim.exe» -J-Duser.language=ru -J-Duser.country=RU

После этого нажать «Ок». Теперь при запуске по ярлыку программа будет запускаться с русским интерфейсом.

Геометрия отображается черной

Такое  возможно  при  слабой  видеокарте  компьютера.  Для корректного изображения необходимо выбрать настройку «Максимальная совместимость» в настройках графики: меню «Файл» — «Настройки» — вкладка «Рендеринг».

Увеличение количества памяти для работы

Для задания количества памяти можно использовать запуск PyroSim из командной строки с ключом -JXmx или создать ярлык для запуска с этим ключом. Например, чтобы задать 1200 Мб памяти, нужно прописать «C:\Program Files\ PyroSim 2020\pyrosim.exe» –JXmx1200m

Ниже приведен перевод некоторых ошибок, возникающих при запуске расчета FDS, а также рекомендации по устранению этих ошибок.
Список далеко не полный. Если вам встретилась ошибка, которой нет в списке, пишите сюда, будем пополнять список.

ERROR: Problem with SURF number 1
ERROR: Problem with REAC number 1
ERROR: Problem with OBST number 1
ERROR: Problem with VENT number 1
ERROR: Problem with HOLE number 1
ERROR: Problem with DEVC number 1
и другие аналогичные ошибки. (SURF — поверхность, REAC — реакция, OBST — препятствие, VENT — вентиляционное отверстие, HOLE — отверстие, DEVC — датчик)
Указанный объект имеет неверные или противоречивые параметры. Номер означает порядковый номер объекта в текстовом виде.
Обратите внимание! Первыми считаются данные, находящиеся в поле «Дополнительные записи».

ERROR: OPEN, MIRROR, OR PERIODIC VENT 1 must be an exterior boundary
Вентиляционное отверстие с поверхностью OPEN, MIRROR или PERIODIC должно располагаться на внешней границе сетки.
Т.е. такое вентиляционное отверстие не может располагаться на препятствии.

ERROR: VENT 1 must be attached to a solid obstruction
Вентиляционное отверстие (VENT) должно быть присоединено к твердой поверхности (препятствию или границе сетки).
1. Проверьте, что координаты вентиляционного отверстия и препятствия (или границы сетки) совпадают, т.е. VENT действительно лежит на твердой поверхности.
2. Если границы объекта не лежат точно на границах ячеек сетки, FDS сдвигает границы к ближайшим ячейкам. При этом может получиться так, что вентиляционное отверстие было сдвинуто к одной границе, а препятствие к другой. Поэтому желательно задавать координаты точно по сетке.
3. Проверьте, что препятствие, к которому присоединен VENT, имеет толщину хотя бы в одну ячейку сетки.
Проверить, как выглядят объекты, выровненные по сетке, можно, нажав на верхней панели инструментов кнопку «Предварительный просмотр блоков FDS».

ERROR: Memory allocation failed in the routine INIT
Ошибка означает, что не хватает оперативной памяти для запуска расчета.
Вероятно, в модели слишком много ячеек. Попробуйте уменьшить расчетный объем либо увеличить размеры ячеек сетки.

ERROR: Must specify fuel chemistry using C and/or H when using simple chemistry
В топливе с простой химией должны быть обязательно заданы C и/или H.

ERROR: Fuel FORMULA for SIMPLE_CHEMISTRY can only contain C,H,O, and N
В топливе с простой химией могут использоваться только элементы C,H,O и N

ERROR: SURF fire indicates burning, but there is no REAC line
Судя по поверхности, в модели присутствует горение (т.е. задана поверхность «горелка» или «многослойная» с соответствующими свойствами), но не задано ни одной реакции.
Проверьте, что реакция задана и сделана активной.

ERROR: SPEC AIR, sub species 1 not found
ERROR: SPEC PRODUCTS, sub species 1 not found
Такие ошибки возникают, если не задан какой-либо газ, который используется в реакциях.
Проверьте, что вы полностью скопировали данные из файла «реакции с хлором». Проверьте, что вы задали установили галочку «Всегда включать в записи FDS» для газов CARBON DIOXIDE (CO2), CARBON MONOXIDE (CO), OXYGEN (O2) и HYDROGEN CHLORIDE (HCl) (меню «Модель» — «Редактировать газы» для каждого газа на вкладке «Дополнительно»).

---

12.01.2023

тест на версии fds 6.7.9 на 12900k (ddr5 4800) — 56 сек на 12 сетках, прирост 26% по сравнению с 12900k (ddr4 3600) — 76 сек 

16.12.2022

тест на версии fds 6.7.9 на 13900k (ddr4 3600) — 51 сек на 16 сетках, прирост по сравнению с 12900k (ddr4 3600) 30%

09.09.2022

тест на версии fds 6.7.9 на 12900k (ddr4 3600) — 76 сек на 12 сетках, AMD 5950х (ddr4 3600) отстает на 20% (96 сек на 8 сетках), на версии fds 6.7.9 Intel задействует все ядра, а AMD только половину, надеюсь поправят в 7 версии. Сейчас 12900k  43 т.руб, а Ryzen 9 5950X 37 т. руб

01.12.2021

Сравнил в тестах Windows 10 и Windows 11 на AMD и Intel.

В тестах сравнивал системы на процессорах 12900k и 5950X, Windows на М2 980 pro 500 гб, оперативная память DDR4 3600 мгц.

Тестировал на fds 6.7.1 (2019) в один прогон, 

PyroSim имеет встроенную опцию для параллельного запуска FDS, однако для этого требуется использовать более одной сетки в моделировании. PyroSim версии 2021.4 предоставляет инструменты, которые помогут вам разделить большую сетку на более мелкие сетки и проверить, чтобы все сетки выровнялись.

• Чтобы запустить моделирование параллельно, в меню Анализ PyroSim выберите Запустить FDS параллельно, и PyroSim назначит отдельные сетки ядрам на вашем компьютере.
• Несколько ядер ускоряют решение для моделей с несколькими сетками. Двойные процессоры с несколькими ядрами лучше, чем один процессор с несколькими ядрами. Конечно, более быстрые процессоры лучше, но немного более медленный процессор с большим количеством ядер, является оптимальной конфигурацией.

Источник <https://support.thunderheadeng.com/answers/pyrosim/reducetime/> 

PyroSim включает в себя инструменты для управления несколькими сетками. Одна из эффективных стратегий состоит в том, чтобы сначала определить единую сетку, охватывающую всю модель. Затем используйте инструмент разбиения сетки PyroSim для создания нескольких сеток. Затем вы можете изменить разрешение выбранных сеток, используя опцию Уточнить сетку, и все сетки автоматически останутся правильно выровненными.

Источник <https://support.thunderheadeng.com/docs/pyrosim/2021-4/user-manual/#_parallel_processing> 

При выполнении моделирования в PyroSim с несколькими процессами MPI все вычисления в каждой из сеток могут выполняться независимо. Для запуска моделирования, использующего несколько процессов MPI:

• В меню Анализ выберите команду Запустить FDS параллельно.

или

Запустить FDS параллельно.

Для получения подробного списка предложений и информации о параллельном запуске FDS, пожалуйста, ознакомьтесь с разделом 6.3.2 Руководства пользователя FDS.

Источник <https://support.thunderheadeng.com/docs/pyrosim/2021-4/user-manual/#_parallel_execution> 

Для тестирования была выбрана модель пожара с одной нагрузкой и одним количеством ячеек, менялось только количество сеток для понимания зависимости скорости расчета от количество сеток в сценарии.

Intel Core i9-12900k 5200 MHz	Ryzen 9 5950X 4500 MHz
Windows 11 (тест-сек)	Windows 10 (тест-сек)	Windows 11 (тест-сек)	Windows 10 (тест-сек)
—	—	—	—
16-1640 (1)*	16-1750 (1)*	16-115 (1)*	16-110 (1)*
8-113 (1)*	8-155 (1)*	8-86 (1)*	8-68 (1)*
6-103 (1)*	6-125 (1)*	6-83 (1)*	6-69 (1)*
4-141 (1)*	4-151 (1)*	4-101 (1)*	4-93 (1)*
2-153 (1)*	2-230 (1)*	2-161 (1)*	2-160 (1)
1-227 (1)*	1-386 (1)*	1-273 (1)*	1-266 (1)*
*Потоки OpenMP при MPI

Как видим из тестов, для Core 12-го поколения рекомендуется обновиться до Windows 11.

Тесты скорости расчетов на рабочих станциях

2х 12-Core lntel Хеоn E5-2678 v3, 3300 MHz, fds 6.7.1	AMD Epyc 7551P 3400 MHz, fds 6.7.7	2x XEON E5 2696v3, 2600 MHz, fds 6.7.7	AMD Ryzen Threadripper 3990X 3700 MHz, fds 6.7.1
Windows 10	Windows 10	Windows 10	Windows 10
			64-241 (1)*
	32-133(1)*		32-126 (1)*
16-129 (1)*	16-95(1)*	16-203 (1)*	16-79 (1)*
			12-73 (1)*
8-127 (1)*	8-105(1)*	8-198 (1)*	8-82 (1)*
	6-156 (1)*	6-228 (1)	6-89 (1)*
4-201 (1)*	4-175(1)*		4-117 (1)*
2-366 (1)*	2-340(1)*		2-208 (1)*
1-618 (1)*	1-638(1)*		1-344 (1)*
*Потоки OpenMP при MPI

Тесты при разных OpenMP

Дополнительно можно увеличить скорость расчета в FDS:

2% — занять все слоты оперативной памяти;

10% — увеличить скорость оперативной памяти (на 10% — DDR4 3600 МГц по сравнению с DDR4 2666 МГц);

2% — поставить PyroSim и папку с расчетом на RAMDDR со скорость — 17000 мб/с

5% — отключить логические процессы в биосе (SMT), но тогда возрастет нагрузка на процессор в два раза, пример загруженности процессора на четвертом тесте

Включен гиперпоток (стандартные настройки)

Выключен гиперпоток

Не пробывал, но в Windows 11 есть «изоляция ядра» и при ее отключении должен быть тоже прирост (не рекомендуется)

Как итог. 
Для скорости в FDS ставим 6-8 сеток для 16 ядерных и 12 сеток для 32 или 64 ядерных.
Потоки OpenMP при MPI ставим 1.

Что точно нельзя делать, как это превышать количество сеток на число ядер, система очень долго будет считать, например у 12900к всего 8 ядер по 5400 MHz, 4 ядра по 4400 MHz и 4 ядра на фоновые программы, там более 12 сеток не стоит делать, видно по тестам на 16 сетках.

Совет.

Собирайте рабочие станции на AMD 5950х, 7950х или  Intel 12900к, 13900к

Используйте Cloud HPC — облачный сервер для расчетов FDS
Видео презентации сервиса на youtube

Рассмотрены результаты моделирования пожара в автобусе при помощи программы FDS. Приводятся результаты моделирования пожара из статьи китайских авторов Jian Zhang， Yiwen Tao, Xiaoying Liu and Hao Zhao.

Аннотация

Для решения задачи моделирования пожара в автомобиле в качестве объекта исследования используется стандартная модель автобуса, а в качестве инструмента для моделирования пожара используется программа PyroSim.

В этом исследовании AutoCAD использовался для создания трехмерной модели автобуса, затем она была импортирована в программу Pyrosim, и программа PyroSim использовалась для моделирования пожара модели автобуса.

В результате исследования было установлено, что пожар в автобусе имеет свои особенности, которые можно разделить на четыре стадии:

• начальная стадия;
• объемная вспышка;
• стадия развития;
• развитая стадия.

По результатам моделирования был проведен анализ моделирования дымовых газов и анализ тепловой мощности, результаты моделирования были проанализированы и подробно представлены.

В ходе исследования было установлено, что хотя применение программного обеспечения PyroSim имеет определенные ограничения при моделировании пожаров в автомобилях, результаты исследования все же могут служить ориентиром для моделирования пожаров в автомобилях, а также для профилактики и борьбы с пожарами в автомобилях.

1. Введение

Согласно статистике мировой пожарной службы, пожары транспортных средств составляют 21% от общего числа пожаров в мире, а пожары автомобилей – 18% [1]. Автобус является основным типом городского общественного транспорта. Поскольку автобус является местом большого скопления людей, угроза пожара для безопасности людей требует детального изучения.

Очень важно изучить особенности пожара, в частности механизм и пути распространение пожара в автобусах [2]. Ученые и эксперты из разных стран провели множество исследований, посвященных особенностям распространения пожаров в автомобилях, выделению тепловой энергии, особенностям распространения дыма и теплофизическим свойствам материалов. K Okamoto и др. [3] рассматривали распространение огня в автомобилях и возможные пути распространения пожара при возникновении в различных точках. Weisenpacher P и др. [4] использовали компьютер для моделирования пожара в автомобиле.

С 2010 года китайские ученые, такие как Bi Kun, Tang Xiaorong и Li Na, изучали пожары в автомобилях с помощью технологии FDS (Fire Dynamics Simulator) [5–6]. Доказано, что это программное обеспечение является эффективным и научно обоснованным для моделирования пожаров в автомобилях, но соответствующих исследований в Китае все еще относительно мало, из-за этого не обеспечивается достаточная техническая поддержка для профилактики пожаров в автомобилях, особенно в автобусах.

По указанным причинам, программное обеспечение PyroSim используется для моделирования пожара в автобусе для дальнейшего изучения особенности пожара. Это позволяет проанализировать процесс пожара в автобусе, процесс его распространения и а также характеристики пожара, это позволяет дать рекомендации по обеспечению пожарной безопасности автобусов и проектирования систем противопожарной защиты.

2. FDS и программа PyroSim

Пожар – это набор сложных химических и физических реакций, тем не менее этот процесс соответствует законам сохранения энергии, что является основой для моделирования пожара в FDS.

В целом, теория FDS включает в себя уравнение сохранения массы, уравнение сохранения импульса, уравнение сохранения энергии и уравнение сохранения компонентов. В некоторых конкретных случаях для контроля может быть добавлено уравнение идеального газа. Уравнение сохранения массы, уравнение сохранения импульса и уравнение сохранения энергии являются самыми основными уравнениями сохранения, которые существуют практически во всех реакциях.

FDS может моделировать процесс распространения пожара, и основой FDS является создание модели горения. Роль модели горения заключается в определении химических и физических реакций различных веществ в сложных химических и гидродинамических процессах. Моделирование горения обычно подразделяется на модель простой химической реакции (горение смеси) и модель химической реакции с конечной скоростью.

Программное обеспечение PyroSim используется для моделирования и анализа пожара. PyroSim использует модель горения смеси, является интерфейсом FDS и программа для визуализации результатов моделирования Smokeview, которые представляют собой простые в управлении пользовательские программы.

3. Создание модели пожара

3.1. Способы построения моделей

Поскольку программа PyroSim имеет некоторые ограничения в моделировании, а она в основном используется в архитектуре, для моделирования и импорта в PyroSim выбран AutoCAD. Это необходимо для оптимизации моделирования, плоскостей замеров и ячеек [7–8]. Схема моделирования показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Последовательность разработки модели

3.2. Параметры модели

3.2.1. Размер и расположение модели.

Модель построена на основе обычного автобуса. Ее размеры составляют 12 м * 2,5 м * 3 м. Параметры расположения модели приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры расположения модели

	X	Y	Z
Min(M)	16,53	-5,1	-10,47
Max(M)	27,21	0	3,1

3.2.2. Настройка и численные значения горючей нагрузки

Горючие материалы в автобусе в основном состоят из сидений, отделочных материалов, топлива и материалов верхней одежды пассажиров. Из-за ограниченного выбора материалов в библиотеке PyroSim, для моделирования выбраны такие материалы, как пластик, резина и т.д. Параметры горючих материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры горючих материалов

Наименование	Материал	Размер (м)
Сиденья	Пластик (Гибкий ПУ)	Сиденье: 0,6 х 0,5 х 0,05 Спинка: 1,0 х 0,5 х 0,05
Отделка	Мягкий пластик (Твердый ПУ), текстиль	Равномерно
Топливо	Октан	0,1 х 0,1 х 0,2
Покрышки	Резина	R0,85 х 0,45

3.2.3. Теплофизические свойства материалов.

Теплофизические свойства материалов автобуса приведены в таблице 3.

Таблица 3. Теплофизические свойства материалов

Наименование	Удельная теплоемкость (кДж/(кг*К)	Температура воспламенения (°С)	Теплота сгорания (кДж/кг)
Ткань	1	350	15000
Пластик	1	350	30000
Мягкий пластик	1,7	350	30000
Резина	1,88	350	32000
Топливо	2,45	400	43700

3.3. Исходные данные и создание модели

Модель автобуса создана с учетом приведенных выше значений. Внешний вид модели автобуса показан на рис. 2. После анализа пожарной опасности автобуса, выбрано место очага пожара в салоне, который расположен в передней части кузова.

Размер очага пожара составляет 0,8 м * 0,5 м * 0,3 м, а в качестве горючего материала используется топливо. Наиболее распространенной причиной пожара в автобусе являются легковоспламеняющиеся и взрывоопасные вещества, обычно расположенные в салоне.

Очаг пожара показан на рисунке 3.

Рисунок 2. Вид модели автобуса

Рисунок 3. Расположение очага пожара

Из соображений точности и обоснованности расчета, принимается размер ячейки 10 см * 10 см * 10 см, количество ячеек – 270 000, а продолжительность моделирования 600 секунд.

В случае типичного пожара в автобусе, время распространения пожара составляет около 10 минут. Как правило, через десять минут огонь распространяется по всему салону и больше пожар не развивается, горения продолжается пока топливо не выгорит полностью.

4. Процесс моделирования и анализ

4.1. Анализ моделирования пожара

4.1.1. Начальная стадия

В моделировании начальная стадия продолжается с 0 до 100 секунд, в течение которых огонь начинает распространяться по салону, но пожар не интенсивный и скорость распространения низкая. Начальная стадия показана на рисунке 4.

Когда очаг пожара возникает, тепловыделение происходит медленно. В это время пожар все еще сосредоточен на небольшой площади и нет полного распространения.
Распространение пожара на 100 секундах показано на рисунке 5. В конце начальной стадии пожар распространяется в среднюю часть салона, занимая существенную площадь.

Рисунок 4. Начальная стадия пожара

Рисунок 5. Распространение пожара на 100 секунде

4.1.2. Стадия повторного воспламенения.

На этой стадии огонь затухает и практически исчезает. Это переходная стадия между начальной стадией и стадией развития. Стадия объемной вспышки показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Стадия объемной вспышки

4.1.3. Стадия развития

Стадия развития продолжается со 100 до 240 секунд. На этой стадии воспламеняется отделка автобуса, сиденья, ковры и рекламные щиты, и пожар распространяется по всему салону. Распространение пожара на 180 секунде показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Распространение пожара на 180 секунде

В конце стадии развития огонь распространяется по всему салону, происходит интенсивное горение. Через 30 секунд интенсивность пожара снижается, но при этом сохраняется достаточно сильный уровень, происходит переход в развитую стадию. Распространение пожара на 240 секунде показано на рисунке 8.

Рисунок 8. Распространение пожара на 240 секунде

4.1.4. Развитая стадия

Последняя, развитая стадия пожара продолжается с 240 до 600 секунд. Это последняя стадия. Пожар остается стабильным, и горение будет поддерживаться до окончания пожара. Объем топлива ограничен. Распространение пожара на 450 секунде показано на рисунке 9.

Рисунок 9. Распространение пожара 450 секунде

4.2. Анализ моделирования дымовых газов

При пожаре около 70% жертв приходится на отравление токсичными газами. Поэтому анализ моделирования дымовых газов очень важен.

На всем протяжении начальной стадии концентрация дыма невелика, так как при распространении огня не происходит воспламенения автобусных принадлежностей. Эта стадия также является наиболее благоприятной для эвакуации пассажиров.

На более поздних стадиях, в связи с развитием пожара, горением отделки салона, текстильных материалов, рекламных щитов и т.д., начинает выделяться большое количество токсичных газов, которые опасны для пассажиров.

На стадии объемной вспышки, хотя интенсивность пожара снижается, токсичные газы все еще заполняют весь салон, видимость снижается, концентрация токсичных газов достигает максимума.

На стадии развития образуется большое количество дыма. Однако, благодаря большой циркуляции воздуха, концентрация дыма уменьшается, но все еще остается на достаточно высоком уровне. Такой уровень задымления сохраняется до окончания процесса горения.

4.3. Анализ тепловой мощности

В программе PyroSim программа моделирования автоматически рассчитывает значение интенсивности тепловыделения в течение всего процесса моделирования, и эта величина имеет большое значение для исследования процесса распространения пожара. Интенсивность тепловыделения во время пожара показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Интенсивность тепловыделения

На начальной стадии тепловыделение возрастает, что связано с распространением пожара в салоне. Однако, из-за низкой скорости распространения, тепловыделение хотя и растет, но очень медленно, достигая значения 4000 кВт на следующей стадии.

На стадии объемной вспышки тепловыделение начинает уменьшаться и исчезает.

На стадии развития пожар быстро распространяется, и интенсивность тепловыделения начинает выделяться до максимума, принимая значение около 13000 кВт.

На развитой стадии интенсивность тепловыделения стабилизируется и продолжается до окончания пожара, и будет уменьшаться по мере расхода горючих материалов до нуля.

4.4. Анализ и обсуждение результатов моделирования

4.4.1. Анализ результатов моделирования.

• (1) Весь процесс моделирования длится 600 секунд, начальная стадия – это первая стадия, выделение тепловой энергии происходит плавно, скорость распространения пожара равномерна, и дымовые газы начинают выделяться. Во время этой стадии интенсивность горения и выделения дыма обусловлена горючими материалами, находящимися рядом с очагом пожара, что соответствует особенностям начальной стадии.
• (2) Стадия развития – стадия интенсивного распространения пожара, интенсивное выделение тепловой энергии, огонь быстро распространяется, образуя дымовые потоки. На этой стадии приток воздуха вызывает быстрый рост интенсивности тепловыделения, и огонь распространяется по всей площади салона. Максимальная интенсивность тепловыделения модели составляет приблизительно 13000 кВт, что в целом соответствует экспериментальным дынным пожаров автомобилей, приведенным в документе [2]. Таким образом, подтверждается, что результаты моделирования верны.
• (3) Развитая стадия является основной. На этой стадии огонь распространяется на все пространство, интенсивность выделения тепла и дымовых газов становятся стабильными. Поскольку пожар распространился по всей площади, горение происходит интенсивно и стабильно.

4.4.2. Обсуждение стадии объемной вспышки

Стадия объемной вспышки – это особая стадия. Из-за процесса горения в начальной стадии и высокой температуры воздуха после возникновения пожара, горючие вещества во внутреннем пространстве автобуса продолжают подвергаться реакции пиролиза и это приводит к постепенному накапливанию большого количества горючего газа.

После увеличения вентиляции, к горючему газу самотеком добавляется воздух. Когда смесь воспламеняется от огня, образуется пламя, которое быстро распространяется с большой интенсивностью. При этом в процессе вентиляции образуется огромный огненный шар, создающий угрозу как внутри, так и снаружи помещения.

Явление объемной вспышки также называют обратной тягой. Причину обратной тяги можно объяснить следующим образом: модель автобуса изначально является замкнутой. На начальной стадии пожар начинает распространяться, и пламя сжигает воздух. Когда количество воздуха снижается, огонь начинает ослабевать. В этот момент из-за таких факторов, как эвакуация людей и высокотемпературный пиролиз, приток свежего воздуха делает пожар более интенсивным, что также является причиной возникновения стадии развития.

5. Заключение

В данном исследовании было проведено моделирование пожара в автобусе с помощью программного обеспечения PyroSim. Согласно результатам моделирования, распространение огня, распространение дыма и выделение тепловой энергии были проанализированы в трех аспектах.

Результаты показывают, что распространение пожара в автобусе имеет явную дифференциацию по стадиям, которые делятся на начальную стадию, стадию объемной вспышки, стадию развития и развитую стадию.

Стадия объемной вспышки – это особая стадия, причиной ее возникновения может быть вскрытие окна при пожаре или открытие дверей при эвакуации пассажиров, что обеспечивает приток свежего воздуха.

В будущем на основе данной работы можно провести следующие последующие исследования:

• (1) тестирование и проверка причин возникновения объемной вспышки;
• (2) предложение плана оптимизации конструкции автобуса с целью предотвращения пожара.

Благодарности

Исследование проведено благодаря Программе 2020 года по обучению инновациям и предпринимательству Университета Паньчжихуа, Китай (Грант: 2020cxcy080).

Библиография

[1] Пожарная служба Министерства общественной безопасности. Fire Department of the Ministry of Public Security. (2015) China Fire Services. China Personnel Press, Beijing.

[2] Исследование и проектирование пожарной сигнализации и системы пожаротушения для автомобилей. Yijun Hu. (2017) Research and Design of Automobile Fire Alarm and Automatic Fire Extinguishing System. Southwest Jiaotong University.

[3] Особенности пожаров легковых автомобилей-седанов. Okamoto K, Watanabe N, Hagimoto Y, et al. (2009) Burning behavior of sedan passenger cars. Fire Safety Journal, 44(3):301-310.

[4] Пожар в салоне автомобиля и его распространение на соседний автомобиль: параллельное моделирование. Weisenpacher P, Glasa J, Halada L. (2016) Automobile interior fire and its spread to an adjacent vehicle: parallel simulation. Journal of Fire Sciences, 34(4)： 34-37.

[5] Численное моделирование характеристик пожара в автобусе. Numerical Simulation of Bus Fire Characteristics. University of Science and Technology of China.

[6] Моделирование раннего оповещения автомобильных пожаров на основе PyroSim. Na Li. (2018) Automotive Fire Early Warning Simulation Based on PyroSim. Jilin University.

[7] Исследование пожара в жилом доме на основе численного моделирования. Peng Jiang, Rong Qiu, Yong Jiang. (2007) Investigation of a Mansion Fire Based on Numerical Simulation. Journal of Combustion Science and Technology, (01):76-80.

[8] Исследование пожара в жилом доме на основе численного моделирования. Xiaoqiang Niu, Xiang Zhou, Peng Jiang, et al. (2007) Investigation of a mansion fire based on numerical simulation. Journal of Safety Science and Technology, (06):8-12.