Computational Fluid Dynamics in Fire Engineering

Computational Fluid Dynamics in Fire Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Yeoh, Guan Heng/ Yuen, Kwok Kit
出品人:
页数:544
译者:
出版时间:2008-10
价格:912.00元
装帧:
isbn号码:9780750685894
丛书系列:
图书标签:
  • 计算流体动力学
  • 火灾工程
  • 数值模拟
  • 燃烧
  • 热传递
  • 流体力学
  • 工程应用
  • 火灾安全
  • 建模
  • 仿真
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具体描述

Fire and combustion presents a significant engineering challenge to mechanical, civil and dedicated fire engineers, as well as specialists in the process and chemical, safety, buildings and structural fields. We are reminded of the tragic outcomes of 'untenable' fire disasters such as at King's Cross underground station or Switzerland's St Gotthard tunnel. In these and many other cases, computational fluid dynamics (CFD) is at the forefront of active research into unravelling the probable causes of fires and helping to design structures and systems to ensure that they are less likely in the future.

Computational fluid dynamics (CFD) is routinely used as an analysis tool in fire and combustion engineering as it possesses the ability to handle the complex geometries and characteristics of combustion and fire. This book shows engineering students and professionals how to understand and use this powerful tool in the study of combustion processes, and in the engineering of safer or more fire resistant (or conversely, more fire-efficient) structures.

No other book is dedicated to computer-based fire dynamics tools and systems. It is supported by a rigorous pedagogy, including worked examples to illustrate the capabilities of different models, an introduction to the essential aspects of fire physics, examination and self-test exercises, fully worked solutions and a suite of accompanying software for use in industry standard modeling systems.

· Computational Fluid Dynamics (CFD) is widely used in engineering analysis; this is the only book dedicated to CFD modeling analysis in fire and combustion engineering

· Strong pedagogic features mean this book can be used as a text for graduate level mechanical, civil, structural and fire engineering courses, while its coverage of the latest techniques and industry standard software make it an important reference for researchers and professional engineers in the mechanical and structural sectors, and by fire engineers, safety consultants and regulators

· Strong author team (CUHK is a recognized centre of excellence in fire eng) deliver an expert package for students and professionals, showing both theory and applications. Accompanied by CFD modeling code and ready to use simulations to run in industry-standard ANSYS-CFX and Fluent software.

消防工程中的热力学与传热学基础 图书简介 本书深入探讨了在现代消防工程设计与火灾安全评估中所必需的热力学与传热学基本原理及其在实际工程应用中的具体体现。本书旨在为结构工程师、消防顾问、安全工程师以及相关研究人员提供一个全面、深入且具有高度实践指导意义的理论框架和分析工具。 第一部分:热力学基础与火灾环境 本书首先构建了火灾场景下的热力学基础。我们详细阐述了热力学第一定律(能量守恒)和第二定律(熵增原理)在火灾过程中的具体表现。重点分析了燃烧反应的热力学驱动力,包括火焰温度的理论预测与影响因素,如燃料的化学成分、氧化剂的比例以及环境压力。 燃烧化学计量学: 详细介绍了不同类型燃料(碳氢化合物、聚合物等)的化学反应式、当量比、理论空气量以及燃烧产物的组成。强调了富燃和贫燃条件对火焰结构和烟气特性的影响。 热力学性质与状态方程: 探讨了高温气体(特别是烟气)的定容比热容、定压比热容、绝热指数等关键热力学参数随温度的变化规律。引入了实际气体效应在极端高温下的修正方法,为精确计算火灾过程中的能量平衡提供了必要的工具。 相平衡与相变: 深入分析了燃料的汽化过程、水在火灾中的蒸发冷却效应,以及燃烧产物中的凝结现象(如烟雾的形成)。通过卡诺-克劳修斯方程等,分析了多相流体系在火灾中的热力学平衡。 第二部分:传热机制与火灾热流 传热学是理解火灾蔓延、结构热响应和灭火效率的核心。本书将传热学原理系统地应用于火灾工程中的三大基本模式:热传导、热对流和热辐射。 热传导: 详细分析了固体材料(如建筑构件、绝缘材料)内部的热量传递过程。引入了傅里叶导热定律,并求解了考虑非恒定热物性参数和内部热源(燃烧分解)的瞬态热传导方程。重点讨论了建筑材料的热扩散率对火灾持续时间内的温度分布的影响。 热对流: 针对火灾羽流和房间内自然对流,深入研究了牛顿冷却定律的局限性。引入了无量纲数(如雷诺数、普朗特数、格拉晓夫数和瑞利数)在判断火焰和烟气流动模式中的关键作用。详细分析了壁面边界层内的热边界层和速度边界层的耦合作用。 热辐射: 辐射在高温火灾中占据主导地位。本书详细介绍了普朗克定律、斯特藩-玻尔兹曼定律,并侧重于火焰的辐射特性。探讨了烟气对辐射的吸收和散射效应,引入了气体辐射模型(如窄带模型或平均吸收系数模型)来计算火焰与周围结构之间的净辐射热流密度,这是评估结构耐火极限的关键输入。 第三部分:火灾动力学与流动模拟基础 为有效预测火灾发展,需要结合传热学原理理解火焰的动力学特性和流体流动规律。 边界层理论与火焰结构: 讨论了火焰面附近的气体流动,包括扩散火焰的结构、预混火焰的传播速度,并介绍了火焰传播的Zel'dovich-von Neumann-Doering(ZND)模型的基本思想。 自然通风与烟气控制: 运用流体力学(CFD)的基本概念,解释了火灾产生的浮力如何驱动烟气的流动(烟囱效应)。分析了门窗开口处的质量和能量传递,为设计有效的排烟系统提供理论依据。 热解与材料反应: 深入研究了聚合物和木材在热应力作用下的热解机制。通过热重分析(TGA)数据,建立了描述材料热解速率的动力学模型,并将热解产生的可燃气体视为火焰的“燃料源”,完成了热力学、传热学与化学反应的耦合分析。 第四部分:工程应用与模型验证 本书的最后部分着眼于理论知识向工程实践的转化。 结构热响应分析: 阐述了如何利用传热学计算结果(结构表面的热流密度和温度历史)来评估钢材、混凝土等结构材料的强度退化。介绍了基于温度和应变关系的材料本构模型。 灭火剂的热力学效率: 从能量平衡的角度分析了水雾、泡沫等灭火剂的冷却和窒息作用的物理机制。量化了水蒸发吸收的潜热对火焰温度降低的贡献。 火灾模型输入参数的获取与不确定性: 强调了准确的材料热物性数据、边界条件设定(如通风率)对预测结果的敏感性。指导读者如何从实验数据中提取可靠的传热和热力学参数。 本书的叙述严谨,注重物理图像的建立,旨在使读者不仅掌握“如何计算”,更能理解“为何这样计算”,从而在复杂的火灾工程问题中做出基于第一性原理的科学决策。

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