計算域

其次，透過 MESH 名字列表組定義計算域。

所有 FDS 計算都必須在由稱為網格的直角體積組成的域內執行。每個網格被劃分為矩形單元，單元的數量取決於所需的流動動力學解析度。一些初始條件透過 INIT 名字列表組對流動域進行規定。

定義網格，MESH

MESH 是定義計算域體積的名稱列表組。例如，

&MESH IJK=10,20,30, XB=0.0,1.0,0.0,2.0,0.0,3.0 /

定義一個網格，該網格跨越從原點 (0., 0., 0.) 開始的體積，並在正 x 方向上延伸 1 米，在正 y 方向上延伸 2 米，在正 z 方向上延伸 3 米。

該網格透過引數 IJK 細分為均勻單元。在本例中，該網格被劃分為 10 釐米的立方體：x 方向上 10 個立方體，y 方向上 20 個立方體，z 方向上 30 個立方體。

任何超出網格邊界延伸的障礙物或通風口都會在邊界處被截斷。在網格外部定義物件不會有任何損失，並且這些物件也不會出現在 Smokeview 中。

請注意，網格單元最好類似於立方體，即單元的長度、寬度和高度應該大致相同。

請記住，大渦模擬技術 (LES) 基於這樣一個假設，即數值網格應該足夠精細以允許形成負責混合的渦流。一般來說，渦流的形成受網格單元最大尺寸的限制，因此在 1 或 2 個方向上縮小網格解析度不一定能導致更好的模擬，如果第三個尺寸很大。

由於計算的重要部分使用基於快速傅立葉變換 (FFT) 的泊松求解器在 y 和 z 方向上進行，因此網格的第二個和第三個尺寸應該分別為 $2^{k}\times 3^{m}\times 5^{n}$ 的形式，其中 k、m 和 n 是整數。例如， $64=2^{6}$ 、 $72=2^{3}\cdot 3^{2}$ 和 $108=2^{2}\cdot 3^{3}$ 是良好的網格單元劃分，但 37、99 和 109 不是。

網格單元劃分的第一位數（I 中的 IJK）不使用 FFT，不需要作為小數的乘積給出。

以下是在 1 到 1024 之間可以分解為 2、3 和 5 的數字列表

IJK 值
2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 16, 18, 20, 24, 25, 27, 30, 32, 36, 40, 45, 48, 50, 54, 60, 64, 72, 75, 80, 81, 90, 96, 100, 108, 120, 125, 128, 135, 144, 150, 160, 162, 180, 192, 200, 216, 225, 240, 243, 250, 256, 270, 288, 300, 320, 324, 360, 375, 384, 400, 405, 432, 450, 480, 486, 500, 512, 540, 576, 600, 625, 640, 648, 675, 720, 729, 750, 768, 800, 810, 864, 900, 960, 972, 1000, 1024. . .

下表總結了一些 MESH 引數

引數	型別	描述	單位	預設值
ID	字串	識別符號
IJK(3)	整數	$x$ 、 $y$ 和 $z$ 方向上的單元數		10
XB(6)	實數	體積	米

多個網格

計算域可以由許多連線的網格組成。每個網格必須有其 MESH 名字列表組。

例如，

 &MESH IJK=32,32,16, XB=0.0,1.6,0.0,1.6,0.0,0.8 /
 &MESH IJK=32,32,16, XB=0.0,1.6,0.0,1.6,0.8,1.6 /
 &MESH IJK=32,32,16, XB=0.0,1.6,0.0,1.6,1.6,2.4 /
 &MESH IJK=32,32,16, XB=0.0,1.6,0.0,1.6,2.4,3.2 /

描述一個由四個連線的網格組成的域，如下圖所示。

連線必須始終遵循一個簡單的網格對齊規則，正好一個整數（1、2、3......）數量的精細單元與每個粗單元相鄰。網格對齊如下圖所示

在設定多網格計算時，還應遵循以下經驗法則

• 避免將網格邊界置於預期會發生 *關鍵動作* 的地方，尤其是火災。有時火災從一個網格蔓延到另一個網格是不可避免的，但如果可能，儘量使網格介面相對沒有複雜的現象，因為跨網格邊界的的資訊交換還沒有像一個網格內單元到單元的交換那樣準確。

• 如果一個平面障礙物靠近兩個網格相鄰的地方，請確保 *每個網格都能看到障礙物*。如果該障礙物距離一個網格的邊界即使只有 1 毫米，該網格也不會考慮它，在這種情況下，資訊就不會在網格之間正確傳遞。

• 使用相對粗糙的網格單元來實驗不同的網格配置，以確保 *資訊在網格之間正確傳遞*。有兩個需要關注的問題。首先，是否看起來氣流受到網格邊界的嚴重影響？如果是，嘗試將網格邊界移開活動區域。其次，從一個網格到另一個網格的單元尺寸差異過大嗎？如果是，請考慮從細網格到粗網格移動資訊時資訊丟失是否可以容忍。

網格的一致性

所有幾何物件都必須符合矩形網格。如果您建立的幾何物件不完全符合底層網格，FDS 會將它們移到最接近的網格單元，如下圖所示

火災動力學模擬中良好和不良網格連線的示例

選擇正確的網格尺寸：靈敏度研究

FDS 中最重要的數值引數是網格單元大小。CFD 模型在數值網格上求解質量、動量和能量守恆方程的近似形式。與偏導數離散化相關的誤差是網格單元大小和所用差分型別的函式。FDS 使用納維-斯托克斯方程的時間和空間導數的二階精度近似，這意味著離散化誤差與時間步長或單元大小的平方成正比。理論上，將網格單元大小減小 2 倍可以將離散化誤差減小 4 倍。但是，它也會使計算時間增加 16 倍（時間和每個空間維度的係數為 2）。顯然，隨著對數值網格進行細化，會有一個收益遞減點。確定在任何給定計算中使用什麼大小的網格單元被稱為網格敏感性研究。

通常，您應該使用相對粗糙的網格構建 FDS 輸入檔案，然後逐漸細化網格，直到您在結果中沒有看到明顯的差異。

當結果質量的改進超過計算成本時，就會達到收益遞減點。達到這一點取決於應用。它還取決於感興趣的數量。某些數量，如熱氣層溫度或高度，通常不需要像熱通量到火源附近的目標那樣精細的數值網格。

對於涉及浮力羽流的模擬，一個衡量流場解析度的指標由無量綱表示式 $\mathrm {D} ^{*}/\delta x$ 給出，其中 $\mathrm {D} ^{*}$ 是特徵火災直徑， $\delta x$ 是網格單元的標稱尺寸。 $\mathrm {D} ^{*}$ 定義為

$\mathrm {D} ^{*}=\left({\frac {\dot {Q}}{\rho _{\infty }\,c_{p}\,T_{\infty }\,{\sqrt {g}}}}\right)^{\frac {2}{5}}$

其中 ${\dot {Q}}$ 是火災的熱釋放速率，以 kW 為單位， $\rho _{\infty }$ 是空氣密度（~1.2 kgm⁻³，c_p 是空氣熱容（~1 kJ kg⁻¹K⁻¹）， $T_{\infty }$ 是環境空氣溫度（~293 K），g 是重力加速度（~9.81 m s⁻²）。

數量 $\mathrm {D} ^{*}/\delta x$ 可以被認為是跨越火災特徵（不一定是物理）直徑的計算單元數。跨越火災的單元越多，計算的解析度就越高。最好用這個無量綱引數來評估網格質量，而不是絕對網格單元大小。例如，對於從大型火災評估煙霧和熱量在建築物中蔓延，10 釐米的單元大小在某種意義上可能是足夠的，但可能不適合研究非常小的、陰燃的源頭。

例如，在 [NUREG 1824] 的網格敏感性研究中， $\mathrm {D} ^{*}/\delta x$ 值範圍從 4 到 16。這些值用於充分解析羽流動力學，以及模型的其他幾何特徵。這個範圍並不表示對所有模型使用什麼值，而只是表示對特定模型集有效的值。

計算域的初始條件，INIT

在任何計算開始時，溫度在任何地方都是環境溫度，流速在任何地方都是零，沒有任何東西在燃燒，並且所有物質的質量分數都是均勻的。

要在流域的某個體積區域內更改起始環境條件，請新增以下形式的行

 &INIT XB=0.5,0.8,2.1,3.4,2.5,3.6, TEMPERATURE=30. /

氣相的初始溫度應為 30 攝氏度，而不是在規定的體積內的環境溫度。此結構也可以用於DENSITY 或 MASS_FRACTION(n)。

INIT 結構可能有助於檢查煙囪效應在建築物中的影響，其中內部和外部的溫度不同。

有關設定固體障礙物的初始溫度，請參見小節 [sub:initial-temp-of-solid-obst]。

MISC 名字列表組也可以用於設定各種初始條件。

可以透過 U0、V0 和 W0 引數在域上規定初始速度。通常，每個座標方向上的氣體速度的初始值都為 0 米/秒，但在某些情況下，立即開始流動很方便，例如在涉及風的戶外模擬中。

可以透過 TMPA 引數規定域的不同環境溫度。

要對傾斜屋頂或隧道進行建模，您可以更改重力向量的方向。GVEC 引數包含重力的 3 個分量，單位為 m/s²。預設值為 GVEC=0,0,-9.81

例如，

 &MISC U0=2., TMPA=25., GVEC=-0.114377,0.,-9.809333 /

生成 +x 方向的初始風速為 2 米/秒，將環境溫度設定為 25 攝氏度，並將重力向量彎曲到 -x 方向。

下表總結了一些 INIT 引數

引數	型別	描述	單位	預設值
DENSITY	實數	密度的初始值	kg/m³	環境
MASS_FRACTION(n)	實數	物種 n 的初始值	Kg/Kg	環境
TEMPERATURE	實數	溫度的初始值	°C	TMPA
XB(6)	實數	體積	米