Modelowanie pożaru.pdf

2. MODELOWANIE POŻARU

Opracował: dr inż.. Mariusz Maślak

Numeryczne modele pożaru .

Modele pola ( field models ):

• wykorzystują techniki symulacji bezpośredniej DNS ( direct numerical simulations ),

• wymagają stosowania komputerów o relatywnie dużej mocy obliczeniowej i z tego względu mogą być

analizowane jedynie w dużych ośrodkach akademickich lub wyspecjalizowanych laboratoriach badawczych.

W podejściu tym przestrzeń rozpatrywanej strefy pożarowej podzielona jest na skończenie małe obszary

elementarne o współrzędnych czasoprzestrzennych . W każdym z takich obszarów dla

poszczególnych chwil pożaru wyznacza się temperaturę , rozwiązując

wyspecyfikowany dla warunków zadania (konfiguracji strefy pożarowej i własności oraz rozmieszczenia

nagromadzonych w niej materiałów palnych) układ odpowiednich równań różniczkowych cząstkowych .

(

yx ;

)

( )

Model hydrodynamiczny CFD ( computational fluid dynamic )

Łączy w sobie elementy teorii dynamiki płynów z zagadnieniami przepływu ciepła . Układ równań

różniczkowych zawiera tu równania Naviera – Stokesa ze zmiennymi termodynamicznymi i aerodynamicznymi .

Istotnym problemem jest w tym modelu matematyczne odwzorowanie zjawiska turbulentnego przepływu

gazów. Dlatego często podejście czysto symulacyjne w pełnej skali zastępowane jest implementacją do głównego

modelu submodeli CFD generujących lokalnie drgania gazów spalinowych o wysokiej częstotliwości .

Turbulentny model

−

Dodaje on do globalnego modelu CFD dwa równania : pierwsze dla wyznaczenia wartości energii kinetycznej

turbulencji (turbulent kinetic energy) , drugie dla określenie stopnia rozproszenia tej energii (rate of

dissipation of turbulent kinetic energy) . Modele wykorzystują wiele współczynników empirycznych, które

są wyznaczane eksperymentalnie. Badania pożarów rzeczywistych pokazują jednak, że realny ruch gazów w

takich warunkach na ogół nie ma charakteru w pełni turbulentnego . Z tej przyczyny, pomimo że opracowanych

zostało już kilka stale doskonalonych modeli

−

, ich stosowanie budzi ciągle wiele kontrowersji.

Symulacja wielkich wirów LES ( large eddy simulation ).

Równania dynamiki płynów Naviera – Stokesa służą w tym modelu do modelowania jedynie dużych wirów ,

oddziałujących na medium w skali globalnej i zależnych w dużej mierze od konfiguracji strefy pożarowej.

Mniejsze wiry , oddziałujące w skali lokalnej , opisywane są przez odpowiednie submodele ( sub-grid scale models

–SGS ), w szczególności model J. Smagorinsky’ego . Podejście to zostało rozwinięte w zasadzie dla zagadnień

modelowania pożarów naturalnych operujących na dużych i otwartych przestrzeniach . Wiarygodność jego

stosowania do pożarów w zamkniętych pomieszczeniach nie została jak dotąd potwierdzona w sposób

wystarczający.

Model FDS ( Fire Dynamics Symulator )

uproszczony model numeryczny.

Strona internetowa: http://www.firemodelsurvey.com

Modele strefowe ( zone models, layer models ) .

Zakłada się, że dla poszczególnych chwil pożaru temperatura gazów spalinowych jest wyrównana (ma

jednakową wartość) wewnątrz pewnych wydzielonych warstw termicznych ( layers ) analizowanej strefy.

W każdej takiej warstwie do pełnego opisu rozwoju pożaru wystarczy zatem jedynie wyspecyfikowanie

zależności

Θ =

( )

, która jest funkcją pojedynczej zmiennej

. Oczywiście wartości temperatury

charakteryzujące w danej chwili

sąsiadujące ze sobą warstwy są różne.

Obliczenia numeryczne sprowadzają się zatem do rozwiązania dla poszczególnych momentów

, osobno dla

każdej wydzielonej warstwy, odpowiedniego układu równań różniczkowych zwyczajnych.

Warstwy termiczne o wyrównanej

temperaturze gazów spalinowych

w czasie pożaru, w tym:

• warstwa gorących gazów (pod

sufitem strefy pożarowej),

• warstwa chłodniejsza (przy

podłodze).

• modele dwustrefowe ( two-zone models ) – w których definiuje się dwie strefy termiczne ( zones ): strefę gorącą

( hot zone , upper layer ), zlokalizowaną w górnej (podsufitowej) części analizowanej strefy pożarowej i strefę

chłodniejszą ( cooler zone , lower layer ), umiejscowioną w jej dolnych partiach,

Modele dwustrefowe wykorzystuje się do opisu pożarów przed osiągnięciem przez nie punktu rozgorzenia

( pre-flashover fires ). Mogą być również stosowane do modelowania pożarów zlokalizowanych ( localised fires ).

• modele jednostrefowe ( one-zone models ) – w których cała analizowana strefa pożarowa stanowi jedną warstwę

termiczną o wyrównanej w danej chwili

temperaturze

Modele jednostrefowe dobrze opisują pożary, w których osiągnięty został punkt rozgorzenia ( post-flashover

fires ).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: