FDS中的速度补丁

1、简介

探索喷气风扇建模选项，我们研究了使用Velocity Patch的方法。《FDS用户指南》讨论了从喷头喷出的空气夹带空气时，速度补丁的概念。这个想法是喷雾液滴加速了它们移动通过的气体，而速度补丁则提供了一种指定气体速度的方法。我们试图将速度补丁应用于喷气风扇的模型。

2、速度补丁背景

如FDS用户手册（第15.3.3节）中所述，“喷头几何形状和喷雾雾化的细节实际上无法在火灾计算中解决。结果难以预测喷洒器夹带的局部气相。或者，可以指定喷头附近的局部气体速度。”

速度补丁：

1、边界体积

2、笛卡尔点（XYZ）

3、使用围绕笛卡尔点XYZ的二阶泰勒展开来定义速度的多项式系数。多项式由系数指定：

• P0-速度分量的值（k）

• PX（1：3） -笛卡尔点XYZ的一阶导数

• PXX（1：3,1：3） -笛卡尔点XYZ处的二阶导数

如果我们想要恒定的速度，我们只指定P0。图1中FDS输入的first line定义了速度分量（在这种情况下为X方向）和常数P0。二行定义了激活补丁的计时器。第三行定义补丁的几何形状，并将补丁链接到先前的数据。默认情况下，点XYZ是XB的中心，但如下所示，您可以在该行上添加点定义以移动扩展的中心。

对于在YZ平面上变化的X方向上的抛物线速度，泰勒展开式简化为：

该曲线展示出用于延伸的补丁的速度Y=-1到Y=1和Z=-1到Z=1，与[{TCP_MPP}]和P₂₂=P₂₃=-10

使用以下FDS输入数据在PyroSim中对此进行了测试：

结果图4中所示的轮廓与预期结果相匹配。

为了演示泰勒展开的XYZ点从到中心的边缘偏移Y=1，我们将XYZ数据添加到速度贴片设备：

图5.抛物线

这样得出的结果如图6所示：

3、应用

速度补丁可以定义给定体积内的气体速度分量。对于洒水器，这使用户可以指定由雾滴引起的气体速度。我们通过制作薄壁障碍物罩并使用速度补丁指定气体沿风扇轴的速度来测试射流风扇模型，如图7所示。

使用速度补丁来模拟喷气风扇可能不是常见选项，但是它确实展示了FDS的不常见的功能。