4. Empirinis / Zonų / CFD modeliai
1. Rankiniai skaičiavimai
• Labai paprasta naudoti
• Didelis neapibrėžtumas
• Ribotas panaudojimas
Dūmų sklidimo prognozavimo priemones galima suskirstyti į 3 grupes:
2. Zonų modeliai
• Lengva ir paprasta
naudotis
• Apibrėžtos taikymo ribos
• Galima modeliuoti
keletą sujungtų patalpų
1. CFD modeliai
• Sudėtingiausia
• Reikalauja specialių
žinių
• Dėka ilgų skaičiavimų
pateikia išsamiausius
rezultatus
Pvz.: Pvz.: CFAST, ASET, ASME Pvz.: FDS, Jasmine, Fluent
5. Zonų ir CFD modeliai
•Leidžia įvertinti n-parametrų, kurie įtakoja
gaisrą ir kaip jie sąveikauja
•Leidžia matyti kaip gaisras veikia pastatą
bėgant laikui
•Dirbant su modeliu būtina žinoti jo
galimybes ir apribojimus
• Dviejų zonų modelis gerai tinka
stačiakampei patalpai su horizontaliu
stogu
•Dviejų zonų modelis turi vieną
skaičiuojamąją erdvę kiekvienam
modeliuojamai patalpai
6. Zonų ir CFD modeliai (2)
•Zonų modeliai nevertina gaisro sukeliamo
slėgio pokyčio
•Zonų modeliai nevertina gaisro augimo ir
plitimo, gaisro vystymasis turi būti įvestas į
modelį
•Gaisras vertinamas kaip “taškinis šaltinis”
• “Taškinis šaltinis” yra šilumos šaltinis,
kuris neturi ryšio su liepsnų dydžiu ir forma
“realaus” gaisro metu
•Nėra vertinamas sklidimo laikas
7. Zonų ir CFD modeliai (3)
•Karštam dujų sluoksniui bus nustatyta tik
viena charakteristika – temperatūra
•Tikrovėje dujų temperatūra prie lubų bus
ženkliai aukštesnė nei karšto sluoksnio
apačioje
8. Zonų ir CFD modeliai (4)
•Lauko arba CFD modeliai turi galimybę
modeliuoti įvairių formų ir matmenų patalpas ir/ar
pastatus, kadangi modelis padalina
pastatą/patalpą į daugybę tūkstančių ar šimtų
tūkstančių “skaičiuojamųjų kubelių”
•Be to CFD ganėtinai realistiškai ir detaliai atkuria
degimo produktų (dujų) judėjimą ir sudėtį
•Dujų temperatūra ir greitis nustatomi kiekvienam
“skaičiuojamam kubeliui” labai mažais laiko
intervalais
•Todėl CFD modelis turi didesnę “rezoliucija” nei
zonų modeliai
9. Zonų ir CFD modeliai (5)
•Dėl didelio “skaičiuojamųjų kubelių” skaičiaus
kiekvieną sekundės dalį gaunami tūkstančiai
skaičių, todėl rezultatus apdoroti sudėtinga
•Paprastai modeliai naudojami su kita programa,
kuri gali skaičius pavaizduoti grafiškai
•Vizualizacijos programos paprastai naudoja
izopaviršius ir vektorius, kad aprašyti modelio
rezultatus panašiai kaip temperatūros ir vėjo
duomenys pateikiami per meteo prognozes
•Tai padeda daug paprasčiau peržiūrėti
duomenis ir juos interpretuoti
10. Kaip veikia CFD?
CFD kompiuterio pagalba sprendžia matematines lygtis.
Pagrindinės CFD modeliavimo ciklo dalys
• Žmogus (analitikas), kuris suformuoja uždavinį
• Mokslo žinios (modeliai, metodai) išreikštos
matematiškai
• Programinė įranga, kuri apima mokslo žinias ir turi
išsamias instrukcijas (algoritmus) perduodamas
• Kompiuteriui, kuris atlieka skaičiavimus
• Žmogus, kuris patikrina ir taiko skaičiavimų rezultatus
CFD apima fizikos, taikomosios matematikos ir kompiuterių
mokslo sritis
11. CFD naudojimas gaisrinėje inžinerijoje
CFD modeliavimas naudojamas:
• Dūmų šalinimo sistemų projektavimui (taip pat
sistemų su srautiniais ventiliatoriais)
• Evakuacijos sąlygų įvertinimui
• Temperatūrinių sąlygų gaisrinio skyriaus viduje
nustatymui
• Gaisrų tyrimui
• Moksliniams tyrimams
14. FDS (Fire Dynamics Simulator)
• Nagrinėjamas
gaisro tūris
padalinamas į
daugybę mažų
“kontrolinių” tūrių
• Gaisro parametrai
skaičiuojami
kiekvieno kubelio
viduje
16. FDS (Fire Dynamics Simulator)
• Detaliau nei zonų modeliai
įvertina dujų srautų judėjimą
ir daugelį kitų gaisro
parametrų
• Reiklus kompiuterio
resursams: atminčiai,
procesorių greičiui
• Reikia daugiau laiko ir
gilesnių gaisrinės inžinerijos
žinių, kad parengti uždavinį,
nustatyti vertinamus
kriterijus ir atlikti rezultatų
analizę
22. FDS galimybės
Tipiniai dujų fazės išvesties duomenys
• Temperatūra
• Srauto greitis
• Mišinio koncentracija (garai, CO2, CO, N2)
• Optinė dūmų koncentracija ir matomumo riba
• Slėgis
• Šilumos išsiskyrimas tūrio vienete
• Mišinio komponentų dalis
• Dujų tankis
• Vandens masė tūrio vienete
23. FDS galimybės
Dydžiai nustatomi remiantis energijos
balanso tarp dujinės ir kieto kūno fazių
• Paviršiaus temperatūra
• Vidaus temperatūra
• Išskiriami/tenkantys spinduliuojamos ir
konvekcinės šilumos srautai
• Išdegimo greitis
24. FDS įvesties duomenys
• Modeliuojamo objekto geometriniai matmenys
• Numatyto uždegimo šaltinio vieta
• Uždegimo šaltinio išskiriamas šilumos srautas
• Gaisro apkrovos tipai ir dydžiai
• Degimo reakcija ir jos savybės
• Sienų, lubų, grindų ir baldų fizinės – šiluminės savybės, jų
išdėstymas
• Ventiliacinių angų dydžiai, išdėstymas, debitai, veikimo
trukmė
26. • Žmonių evakuacijos simuliacijoms
skirtas evakuacijos modelis
• Pilnai integruotas į FDS
• Kiekvieną besievakuojantį vertina kaip
atskirą individą
FDS+Evac
27. • Gali būti naudojamas didelių minių ir
spūsčių judėjimo modeliavimui
• Įvertina besievakuojančių ir gaisro
(degimo produktų) sąveiką realiuoju
laiku, kas suteikia galimybę vertinti ryšį
tarp gaisro sąlygų ir žmogaus elgesio
• Besievakuojančių sprendimus įtakoja
sociopsichologiniai aspektai tokie kaip
artimų žmonių svarba ir vieta
Evakuacija
28. • Geometrija: FDS efektyvumas sąlygotas jo tiesinės skaitmeninės geometrijos.
Kai kuriose situacijose, kai geometrija nesutampa su stačiakampe, tai gali tapti
apribojimu.
• Sumažėjęs matomumas: Pritaikius eksperimentinius duomenis FDS
apskaičiuota dūmų koncentracija naudojama lėtinant individų judėjimo greitį.
Kadangi eksperimentų rezultatų spektras platus, FDS+Evac naudoja vidutines
reikšmes kiekvienam individui.
• Apsinuodijimas: Apsinuodijimo modelis grindžiamas eksperimentų pagrindu
sukurta FED koncepcija, bet į didelę sklaidą tarp skirtingų žmonių
neatsižvelgiama. Tuo tarpu, kai FDS tiksliai skaičiuoja dūmų judėjimą ir
prognozuoja O2 lygį, ji kur kas prasčiau prognozuoja CO koncentraciją.
Pažymėtina, kad HCN efektas ir toksinis CO2 efektas nėra modeliuojami.
• Evakuacinio išėjimo pasirinkimas: Evakuacinio išėjimo pasirinkimo algoritmas
yra sąlyginai paprastas. Į algoritmą neįtrauktos jokios socialinės sąveikos,
minios elgesys. Individo durų pasirinkimas daugiau mažiau visiškai priklauso
nuo vartotojo.
• Aptikimo ir reagavimo laikai: Laikas nuo pavojaus identifikavimo iki evakuacijos
pradžios užduodamas pagal vartotojo įvesties duomenis pagal nustatytus
aptikimo ir reagavimo laiko pasiskirstymus. Papildomai prie vartotojo įvestyje
nustatyto aptikimo laiko galima nurodyti vietinę dūmų koncentraciją, kuri
sąlygotų gaisro aptikimą.
FDS+Evac pritaikymas ir apribojimai
