較合理之電腦計算格點之分配，目標為(一)比較大渦流模擬(large eddy simulation)及雷諾應力模式(Reynolds stress model)模擬大空間火場時，不 同個格點數下兩者之差異，(二)探討大空間火場之各種特徵長度，依不
寸、火場劇本、邊界條件及適當之電腦分析計算參數設定。
計算流體力學(CFD，Computational Fluid Dynamics)之計算方式通常 可分類成三種[9]:直接數值模擬(DNS， Direct Numerical Simulation)、大 渦流模擬(LES, Large Eddy Simulation)以及雷諾平均數值模擬(RANS, Reynolds Averaged Navier-Stokes)。
直接數值模擬(DNS， Direct Numerical Simulation)是直接求解流場 之統御方程式Navier-Stokes equations，並非以近似解來模擬紊流。然而 為了呈現出所有的渦流－最大大到邊界尺寸，最小小到消散運動，其所
RANS 法則是使用紊流傳輸模式(Turbulence transport model)求解整 體時間平均數之 Navier-Stokes 方程式，RANS 法依其對渦流黏滯係數 (Eddy viscosity)之計算方式，可分為紊流黏滯性模型(Turbulent viscosity model)以及以雷諾應力模型(Reynolds-stress model)等。目前使用最多之
大渦流模擬(LES, Large Eddy Simulation)是在 1970 年初所開發作為 氣象氣流模擬應用，其假設紊流運動可以分為大尺度(grid-scale)渦流以
及次格點尺度(subgrid-scale)渦流兩部份，分別加以計算。對於受到動量 傳輸影響的大尺度渦流運動，其解析值解由Navier-Stokes 方程式求解；
而受到黏滯力影響的次格點尺度渦流運動，其計算則使用紊流傳遞之近 似解，且各小渦流以自由流場幾何邊界模擬。利用 LES 法預測火災發 生時氣流流動的主要重點，在次格點尺度內流體運動的模式化。
目 前 大 部 分 的 次 格 點 尺 度 流 體 剪 應 力 模 式(subgrid-scale stress models)是以 eddy viscosity 假設為基礎，其中最常被引用的模式為 Smagorinsky 次格點尺度流體剪應力模式[10]。
Baum [11]報告在密閉環境中，煙及熱空氣流之模擬結果，以 CFD 之技巧，求解 Navier-Stokes 方程式，並以混合分率(mixture fraction)之 模式模擬燃燒現象。在較小尺寸之房間時，如住宅或旅館之單元，格點 尺寸取至3-5cm，較大尺寸之房間相對地取較大之格點尺寸。以 LES 模 式之模擬結果與量測值相當一致。但在接近地板及天花板附近則有較大 之差異。
McGrattan[12,13]以 LES 之數值計算方法，以一百萬格點以內，用 以模擬火災時之煙之流動，使火災模擬可在一般之工作站上進行計算模
之計算，其模擬值與實驗有相當吻合結果。
根據 petterson[18]以美國 NIST 之 LES 法計算程式(Fire Dynamics Simulator, FDS)之研究結果，空間之特徵長度與火場之特徵長度均對熱 流分佈有所影響，然因 FDS 之格點疏密變化只能在軸向為之，無法作 分區格點疏密差異分佈，致使其獲得之流場與溫度分佈無法有較一致性 之結果，尤其是溫度分佈之誤差極大，甚至有 1.8m 格點之計算結果較 0.6m 格點更近似實測值。再者，邊界條件之影響也不在其考慮之參數。
Petterson 說明了以目前個人電腦之能力可處理約至 1,000,000 格點(運算 時間約在100 小時以內)之情況下，需對電腦計算結果作進一步之探討，
若將近火場或流速變化較大之區域給予較高之格點密度或可獲得更為 一致性之結果。李訓谷[19]分析比較不同火場所產生之煙流及蓄煙，及 McCaffery 之格點特徵長度，但沒作參數之分析。
第㆓節 研究方法
本研究將同時比較以不同之計算軟體及數值計算方法，分析火災之 各項參數計算差異。在LES 方面，將使用美國國家標準局(NIST，National Institute of Standards and Technology)建築與火災研究實驗室(Building and Fire Research Laboratory)所研發之 FDS(Fire Dynamics Simulator)火 災模擬軟體[3]做為研究工具，FDS 程式為以 LES 為基礎，專門模擬受 火災浮力驅動氣流流動的三維數值計算流體力學軟體。
本研究同時將以 GAMBIT 軟體建立網格、設定模型邊界條件，並
使 用 Phoenics 或 FLUENT 軟 體 之 雷 諾 應 力 模 式 （ Reynolds-Stress
(4) 建立大空間之計算格點。
(5) 先以 LES 法研究格點變化對氣流與溫度分佈之影響。
(6) 再以 RANS 法研究格點變化對氣流與溫度分佈之影響。
(7) 進行以上模擬結果之比較，包括計算結果之一致性。
(8) 進行格點設定參考之參數研究。
(9) 研究空間與火燄之相關參數與邊界條件對個格點密度之影響。
本計畫預期完成之工作項目及其效益說明如下：
(1) 以比較兩種不同之大空間火場數值模擬，了解 RANS 與 LES 法之相對優劣。
(2) 研提大空間火場模擬格點設定之最佳化，以個人電腦運算能力 (1,000,000 格點左右)作適當之分區格點設定。
(3) 建立將分區格點數之設定作參數化之考慮。
(4) 本研究成果將提供未來分析大空間火場時有較一致性之計算 結果。
(5) 本項研究成果結合我國性能與功能式消防法規之研擬，繼續在 科技基礎方面協助政府推行消防法之進展，故除了將本計畫之 研究成果繼續發展外，將之實用於建築之安全設計。
本案預期完成之研究將有利於提供電腦模擬與測試之基準，及較一 致性之防煙性能分析結果，提供性能設計之指導方針，以利大空間防煙 設計、分析及審查。