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申请/专利权人：北京科技大学

摘要：本发明涉及计算机领域，特别是指一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法及装置，方法包括：建立目标建筑群的几何模型，对几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据；将建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型；对震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果。本发明能够充分考虑建筑震后倒塌对地震次生火灾蔓延造成的影响，提高了震后城市建筑群次生火灾蔓延分析结果的可靠性和准确性，同时提高了震后火灾模拟的计算效率，能够为城市综合防灾规划与应急预案提供重要支撑。

主权项：1.一种考虑建筑倒塌的震后火灾蔓延模拟方法，其特征在于，所述方法包括：S1、建立目标建筑群的几何模型，对所述几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据；S2、将所述建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型；S3、对所述震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果；所述S1中的建立目标建筑群的几何模型，对所述几何模型进行地震倒塌模拟，得到建筑群震损形态数据，包括：S11、利用三维物理引擎平台Blender建立目标建筑群的几何模型，根据搜集到的建筑材料数据对目标建筑群的参数进行定义，得到参数定义后的几何模型；S12、构建地面几何网格，根据所述地面几何网格以及参数定义后的几何模型得到建筑群模型；S13、对所述建筑群模型输入地震波进行建筑群损伤模拟，得到建筑群震损形态数据；所述S2中的将所述建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到震后建筑群数值模型，包括：S21、将所述建筑群震损形态数据导入到火灾数值模拟平台，得到建筑群模型模拟结果；S22、利用三维建模功能对所述建筑群模型模拟结果进行优化和调整，建立震后建筑群体素模型；S23、对所述震后建筑群体素模型添加燃烧信息，并根据震后建筑群体素模型的大小建立计算域，得到震后建筑群数值模型；所述S3中的对所述震后建筑群数值模型进行考虑高度的稀疏网格划分，并基于大涡模拟和并行计算理论进行建筑群震后火灾蔓延模拟稀疏网格加速计算，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果，包括：S31、利用多分区法，在高度方向对所述震后建筑群数值模型的计算域进行非均匀网格划分，得到划分后的计算子域；其中，所述划分后的计算子域包括：火源核心区域、羽流区域以及热烟气层区域；所述多分区法，如下式1所示： 式中，h为子域边界到火源的高度，hr为火源热释放速率；S32、根据火源热释放速率以及环境参数确定基础的网格精度，根据所述基础的网格精度对所述划分后的计算子域进行网格初步划分，得到网格初步划分后的计算域；S33、对所述网格初步划分后的计算域进行大涡模拟，根据在不同高度处设置的二维切片来收集湍流流场数据，计算得出相关计算参数，进而计算得出滤波网格尺度；S34、根据所述滤波网格尺度计算得到网格比系数，依据所述网格比系数对所述基础的网格精度进行调整，得到多分区网格划分结果；其中，调整的原则包括：对于火源核心区域和羽流区域，设定阈值为0.5-1；对于热烟气层区域，设定阈值为1-2，即火源核心区域和羽流区域优化后的网格要小于滤波网格尺度且又大于滤波网格尺度的一半；对于热烟气层区域优化后的网格要大于滤波网格尺度且小于滤波网格尺度的一倍值；S35、利用火灾动态仿真模拟软件对所述震后建筑群数值模型以及多分区网格划分结果进行运行求解，得到建筑群震后火灾蔓延模拟结果；所述S32中的根据火源热释放速率以及环境参数确定基础的网格精度，根据所述基础的网格精度对所述划分后的计算子域进行网格初步划分，包括：S321、根据火源热释放速率以及环境参数，计算火源特征直径D*，如下式2所示： 式中，Q为预设的火源热释放速率，ρ为模拟区域外部环境的空气密度，cP为空气在设定压力下的比热容，T为模拟区域外部环境的温度，g为重力加速度；S322、根据所述火源特征直径确定基础的网格精度，根据所述基础的网格精度对划分后的计算子域进行网格初步划分；所述S33中的对所述网格初步划分后的计算域进行大涡模拟，根据在不同高度处设置的二维切片来收集湍流流场数据，计算得出相关计算参数，进而计算得出滤波网格尺度，包括：S331、根据所述网格初步划分后的计算域获取湍流流场数据，根据所述湍流流场数据计算流场雷诺数Re，如下式3所示： 式中，ρ′为气体密度；v为平均速度；μ为运动粘度；d为截面直径；S332、根据所述流场雷诺数，计算湍流强度I，如下式4所示：I＝0.16Re-184S333、根据所述湍流强度，计算总湍流动能K，如下式5所示：K＝1.5×vI25S334、根据所述总湍流动能，计算湍流耗散率ε，如下式6所示： 式中，Cm为经验常数，L为湍流尺度；S335、根据所述湍流耗散率，计算滤波网格尺度Δc，如下式7所示： 式中，Ck为柯尔莫哥洛夫Kolmogorov常数，M为动能占比系数；所述S34中的依据所述网格比系数对所述基础的网格精度进行调整，得到多分区网格划分结果，包括：S341、依据所述网格比系数对所述基础的网格精度进行调整，得到优化后的网格；S342、判断火源核心区域和羽流区域的优化后的网格是否小于滤波网格尺度且大于滤波网格尺度的一半，以及热烟气层区域的优化后的网格是否大于滤波网格尺度且小于滤波网格尺度的一倍；若是，则输出多分区网格划分结果；若否，则依照分区对网格进行加密或粗化处理，转去执行步骤S342。

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