典型局部火灾场景下钢梁的CFD-FEM耦合研究

针对局部火灾，需要考虑建筑物构件不均匀受热情况下的热学与力学响应。研究对象为方钢管梁，模拟其在不同高度处承受底部火羽流冲击作用的热力学现象。有别于应用绝热表面温度概念来实现流固传热的单向迭代耦合，本文提出一种新的CFD-FEM数值模拟手段，通过将火灾分析模块与热分析模块统一采用CFD方法开展来实现流固传热界面的双向直接耦合。首先通过典型局部火灾试验为例进行了该数值方法的准确性验证。继而在火灾模块中探究了空间速度场与温度场的分布规律，在热模块中探究了不同高度处钢梁的壁面热流的变化规律，以及辐射与对流热流随时间的变化规律。继而以固体温度为边界条件完成了结构模块分析，实现了固体域热力耦合，探讨了在此局部火灾场景下不同高度处钢梁的力学响应，探讨了其在受热后发生的屈服强度退化现象。