第五章 全尺寸煙流實驗觀測
第五節 實驗結果與 FDS 模擬結果之比較
本小節利用 FDS 數值模擬方法針對表 5-1 所設定之設計情境進行火 場煙流模擬，藉以驗證研究團隊對於FDS 模擬能力之掌握度。後列圖上 所示符號說明EXP 為實驗所量測之溫度曲線所推算出之煙層下降曲線；
FDS 為數值模擬所得之溫度曲線所推算出之煙層下降曲線；OBS 為實驗 目視觀測到煙層下降至該位置的時間。
圖 5-27 為情境 EXP 0-0a 的煙層下降曲線，此場景的火災室在 Room1，實驗中因為 TC2、TC3 這兩條熱電偶樹受到火源的直接影響與 熱輻射的間接影響，造成下方熱電偶的溫度上升為火源所造成而不是由 煙氣累積所造成，因此不適用於N-percentage rule，其煙層下降曲線失去 其判斷性，但從TC3 的曲線圖可發現，FDS 的模擬結果恰可與實驗所實 際觀測的煙層位置符合，這是因為FDS 中的熱輻射現象較實驗中實際的 的熱輻射現象不明顯，因此在火災室中，我們可利用FDS 中離火源較遠 的熱電偶樹來判斷煙層高度。我們也可由 TC5、TC6 觀察到，FDS 的模 擬在非火災室的空間中有較高的準確性，這也是因為在非火災室中不會 受到火源的熱輻射影響，因此FDS 有較高的準確性，其實際觀測到的煙 層下降位置與利用N-percentage rule 所推算的煙層下降曲線也相符，因此 在此場景中，利用實驗所量測到的溫度由N-percentage rule 推算出的煙層 下降曲線也是合理的。
圖 5-28 為情境 EXP 0-0b 的煙層下降曲線，此場景的火源設置在 Room2，我們觀察 TC2、TC3 這兩條非火災室的熱電偶樹的曲線，可看 到 FDS 有蠻高的準確性，且與實際利用肉眼所觀測到的煙層位置也相
符，而觀察TC6 這條熱電偶樹，可看到由 FDS 所推算的煙層較實驗高一 些，但屬可接受範圍內。
圖5-29 為情境 EXP 0-1 的煙層下降曲線，同樣的，TC3 的實驗因為 受到火源的影響，所以較與實際觀測到的煙層位置不符合，此時可利用 FDS 的模擬結果來表示，而 TC5 與 TC6 位於非火災室中，因此 FDS 有 較高的準確性。
圖5-30 為情境 EXP 0-2 的煙層下降曲線，由圖 TC2、TC3 可看到，
FDS 的煙層下降曲線相似，但與實際觀測到的煙層位置有些不符，這是 因為較低溫的煙氣雖然已降至較低的位置，但其煙的溫度不足以將下方 熱電偶加熱，造成 N-percentage rule 失去其準確性。而由 TC6 可看到實 驗推估出來的煙層下降曲線與實際所觀測到的煙層位置不符合，推測也 是因為火源所造成熱幅射對其熱電偶造成影響。
圖 5-31 為情境 EXP 0-3 的煙層下降曲線，同樣的，在非火災室的 TC5、TC6，FDS 有較高的準確性，而在火災室，TC3 的實際煙層位置則 與 FDS 的模擬結果較相符。
圖5-32 為情境 EXP 0-4 的煙層下降曲線，其 FDS 的煙層下降曲線與 實驗溫度數據所推算的溫度下降曲線相似，但與實際觀測的煙層位置稍 有差異，而在火災室中，TC4 的的模擬結果與實驗所推算的煙層下降曲 線與實際煙層位置相似，而火災室的熱電偶樹則是由 FDS 所推算出的煙 層下降曲線與實際煙層位置較相似。
圖5-33 與圖 5-34 為情境 EXP 2-1、情境 EXP 2-2 的煙層下降曲線 ，
在這兩個場景中，因為在 1 號門(Door1)的位置有外風向室內貫流，造成 內部流場紊亂，擾動了煙層的沉降，所以FDS 失去其準確性。也因為有 外風貫流的關係，內部的煙層較分散，在判斷煙層位置時產生了困難，
所以由溫度所推算出的煙層下降曲線與觀測到的煙層位置也產生了誤 差。
吾人常利用照度衰減方式來推估煙層高度，然此法並不適合於高溫 火場環境（儀器耐溫），因此本研究嘗試利用火場溫度分佈來判斷煙層高 度，並將結果與目視法加以比較，如圖5-35 所示。結果顯示，當火源位 於該空間時，若欲利用火場溫度分佈來判斷煙層高度，大抵上可得到相 當準確的數據，但某些位置的數據偏離準確值（目視值）相當大，可能 係空氣熱流場受到不穩定火源或是外風所影響（如圖5-35(a)所示）。當該 空間不存在火源時，利用火場溫度分佈來判斷煙層高度，亦可得到相當 準確的數據，數據較集中但整體偏離準確值（目視值）約22%（如圖 5-35(b) 所示）。
0 200 400 600 800
TC2-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC5-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC2-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC5-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC2-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC5-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC2-fire
0 200 400 600 800
0 200 400 600 800
TC5-fire
0 200 400 600 800
y = 1.0924x R2 = 0.5891
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Visual observations
Via TC (N percentage)
y = 1.2283x R2 = 0.7415
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Visual obsevations
Via TC (N percentage)
(a) 火源位於觀測空間
(b) 火源並非位於觀測空間
圖5-35 利用火場溫度分佈與目視法判斷煙層高度