FDS 實際模擬驗證

VTT(Technical Research Centre of Finland)於2001年曾實施一全尺寸 實驗，研究煙層於大空間及斜屋頂狀況下之移動情形［19］。其共實驗三

故

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圖 10 VTT 驗證實驗 1 空間示意圖(火源 2MW，自然通風關閉)

圖 11 VTT 驗證實驗 2 示意圖(火源 3MW，自然通風關閉)

圖 12 VTT 驗證實驗 3 示意圖(火源 4MW，機械排煙開啟)

為方便比較二者之差異，故利用其實驗之熱電耦樹所得數據(3 組熱電耦樹 平均值)，以 EXCEL 利用(21)式計算得出平均煙層厚度。又 FDS 於輸入檔中 設定之輸出值記錄為 CSV 格式檔案，今利用 EXCEL 將 FDS 輸出值依(21)式 計算煙層厚度後，依每 60 秒為間隔，依各情境製表比較如下圖 18~19。

圖 13 VTT 驗證實驗 1 第 120 秒熱電耦所在斷面煙層高度示意圖

圖 14 VTT 驗證實驗 1 第 240 秒熱電耦所在斷面煙層高度示意圖

圖 15 VTT 驗證實驗 1 第 360 秒熱電耦所在斷面煙層高度示意圖

VTT EXP1

VTT EXP2

0

VTT EXP3

0 5 10 15 20

0 60 120 18

0 24

0 30

0 360 時間

高度 FDS模擬

全尺寸實驗

圖 19 VTT 驗證實驗 3 煙層高度比較圖

由上述結果可知 FDS 5.3 版其預測煙層厚度之能力與實驗所得數據之差距 約於 10%誤差內，以電腦模擬之正確性來說，已有足夠之可信度。故本研究 以 FDS 5.3 版模擬實驗預測煙層高度，其結果應有足夠之正確性。

3.2.3 小結

電腦模擬使用上雖較方便且幾無需成本，於大型複雜場所或火災環境之 再現上因成本及其他因素關係，無法實際實驗時，只能依靠電腦模擬。雖 電腦模擬是以物理化學現象之方程式求解而成，但依模擬之精度與參數之 輸入及電腦設備之能力，影響模擬結果甚深。故電腦模擬仍無法100%符合 實際情況，經由不斷與實際實驗比較驗證持續修正程式，可增加模擬之正 確性。NIST於每次FDS新版本發行時，其技術手冊(Technical Reference Guide)中皆有一卷驗證篇作為FDS使用可信度之參考，第5版中卷3即為驗證

篇(Volume 3: Validation)。其中分為不同實驗參數討論FDS模擬與實際實 驗比較之差異與準確度，且其中之驗證實驗皆由知名研究或公正單位所執 行。使用FDS前，使用者應先參閱此卷，瞭解欲模擬參考項目使用上之限制 及相關模擬參數之修正，以提高模擬之準確度。

綜合3.2節內容將FDS使用限制整理如下：

1.模擬對象物需有適當之格點尺寸、比例及配置，不當之格點將影響物件 位置、溫度、氣流速度、氣體濃度等模擬結果。

2.FDS 須輸入火源成長模式、材料之煙熱屬性等，若無相關實驗數據做 依歸，則易不當使用於模擬軟體之中，造成模擬結果錯誤。

3.FDS 燃燒模式及輻射熱模式預測能力稍差，雖可經由調整FDS 內部 Smagorinsky 之Cs 參數及混合百分率條件改善模擬結果，但非一般使用 者可行。

參考3.2.1節內容發現其多為探討單一火源煙流情境，眾多研究結果已證實 FDS在煙流研究上具不錯的預測能力［22］，並已普遍被認可與採用。及3.2.2 節利用本研究使用之工具FDS 5.3版模擬實驗前人研究，並與其全尺寸實驗 比較所得結果，證實FDS 5.3版亦能準確預測煙流狀態。故以本研究以單一 火源其大小及釋熱率已知情況下使用FDS模擬其煙流情形，應可獲得相當準 確之模擬結果，惟模擬之格點大小與數量須於後節探討後再行設定。

3.3 實驗設計