FIRE DYNAMICS SIMULATOR (FDS) OHJELMAN UUSIA OMINAISUUKSIA

Transkriptio

1 FIRE DYNAMICS SIMULATOR (FDS) OHJELMAN UUSIA OMINAISUUKSIA Simo Hostikka VTT Palotutkimuspäivät Espoo, HISTORIA FDS 5 NIST R. Rehm H. Baum IFS LES3D ALOFT FDS 1 FDS 2 Hughes J.Floyd VTT S.Hostikka Virg.Tech NIST J.Floyd K.McGrattan VTT G.Forney NIST R.Mell NASA Am. sprinkleriteollisuus U.S. NRC NSF FDS 3 FDS 4 $$ 1

2 FDS5 MITÄ UUTTA? Uudet fysikaaliset ym. mallit Palaminen Kiinteän aineen reaktiot Yksinkertaiset ilmanvaihtoverkot Kontrollilogiikat Linja ja näytteenottoilmaisimet Useita samanaikaisia pisaratyyppejä FDS+Evac Ei enää materiaalitietokantaa Avoin kehitysympäristö Verifiointi ja validointi PALAMISMALLIN PARANNUKSIA Kaksi parametrinen palamismalli ottaa huomioon palamattoman polttoaineen. Oikea paloteho, kun happi ei rajoita. Realistiset tuotteet Kolme parametrinen malli ennustaa COtuoton Erilliset reaktiot CO:n tuotolle ja hapettumiselle Toimii hyvin vain lieskahtaneissa tiloissa. Z = = Z Y 1 + Z 2 + Z 3 + Y CO CO + Y CO 2 CO 2 Z = = Limiting Oxygen Index (% Volume) Z + Z Y Y CO2 Perform Step Do Not Perform Step Temperature ( C) CO

3 CO Rear Exp CO FrontExp C O Rear FDS COFrontFDS O 2 Rear Exp O 2 FrontExp O 2 Rear FDS O 2 FrontFDS THC Rear Exp THC Front Exp THC Rear FDS THC Front FDS CO 2 Rear Exp CO 2 Front Exp CO 2 Rear FDS CO 2 Front FDS PALAMISMALLIN VALIDOINTEJA 2D poltin Beyler huuva Pienhuonekokeet (1994) 40 % ISO 9705 Uudet pienhuonekokeet (2007) Kuvat: J.Floyd Hughes Associates Inc. CO Mole Fraction (%) CO2 Mole Fraction (%) 10 RSE Front 9 RSE Rear FDS Front 8 FDS Rear Fire Size (k) 4.5 RSE Front 4.0 RSE Rear FDS Front 3.5 FDS Rear Fire Size (k) Concentration (%) Concentration (%) Time (s) Time (s) Concentration (%) Concentration (%) Time (s) Time (s) KIINTEÄN AINEEN MALLI KERROKSELLISET MATERIAALIT FDS 4 FDS 5 TIILI TIILI Takapinnan reunaehto ERISTE Takapinnan reunaehto

4 KIINTEÄN AINEEN MALLI KERROKSELLISUUDEN VAIKUTUS KARTIOKALORIMETRISSA HIILI PUU ERISTE TAKAPINTA ESIMERKKI: 10 MM KUUSIPANELI &SURF ID='SPRUCE' STRETCH_FACTOR = 1. CELL_SIZE_FACTOR = 0.5 MATL_ID(1,:) = 'CELLU','water','lignin' MATL_MASS_FRACTION(1,:) = 0.7,0.1,0.2 MATL_ID(2,:) = 'CASI' THICKNESS = 0.01,0.01 / VIRGIN SOLID r 3 TAR r 1 ACTIVE r 2 SOLID ν C CHAR + ν G GAS

5 ESIMERKKI: TIHEYS ESIMERKKI: LÄMPÖTILA

6 LÄMPÖSÄTEILYN TUNKEUTUMINEN KIINTEISIIN AINEISIIN Koe: Thomas, Moinuddin, Bennets (2005) EI ENÄÄ MATERIAALITIETOKANTAA &SURF ID = 'UPHOLSTERY' FYI = 'Fleischmann and Chen, 100% acrylic' C_DELTA_RHO = 1.29 TMPIGN = 280. DENSITY = 40.0 RGB = 0.53,0.38,0.35 BURN_AAY =.TRUE. BURNING_RATE_MAX = 0.03 HEAT_OF_VAPORIZATION = HEAT_OF_COMBUSTION = / &SURF ID = 'CONCRETE' FYI = 'Quintiere, Fire Behavior' RGB = 0.66,0.66,0.66 C_P = 0.88 DENSITY=2100. KS = 1.0 DELTA = 0.1 / &SURF ID = 'GYPSUM BOARD' FYI = 'Quintiere, Fire Behavior' RGB = 0.80,0.80,0.70 HRRPUA = 100. RAMP_Q = 'GB' KS = 0.48 C_P = 0.84 DENSITY= DELTA = TMPIGN = 400. / Aikaisempien versioiden mukana tuli materiaalitietokanta Käytettiin väärin. Vastuu materiaaliominaisuuksista siirretään käyttäjälle. Parantaa simulointiprojektin dokumentointia ja toistettavuutta, kun syötetiedosto sisältää aina kaiken tarvittavan tiedon

7 MALLIPARAMETRIEN HANKKIMINEN Syöteparametrien lukumäärä on kasvanut. Pienkokeet Kartio TGA/DSC (= DTA) Mallit ja parametrit validoidaan suuremmilla kokeilla Oikeiden arvojen löytäminen on vaikea optimointitehtävä. Menetelmien kehittämiseksi useita hankkeita. päivitetty ASTM E1591 DSC [k/kg] Vb_sDA2 9Vb_sDA20 9Vb_sTA Vb_sTA5 60 9Vb_sTA10 9Vb_sTA Temperature [ o C] Mass [%] KONTROLLILOGIIKAT ESIMERKKI 2 ilmaisinta 4:stä avaa venttiilin. 30 s viive putkiston täyttyessä lisäksi vaaditaan avoin suutin. &DEVC, &PROP: OD Detector 1 Alarm Detector 3 Alarm Detector 4 Alarm Detector 2 Alarm 2 of 4 &DEVC, &PROP: RTI, Temp Sprinkler Link Fused 30 sec Time Delay &CTRL ALL Flow ater &DEVC, &PROP, &PART &CTRL TIME_DELAY &CTRL AT_LEAST DEFINE FOR EACH SPRINKLER OR DETECTOR DEFINE ONCE

8 VERIFIOINTI JA VALIDOINTI NIST, USA NBS, USA VTT, Finland Verifiointi ja validointi ovat tärkeitä hyväksyttävyyden kannalta. Erillinen V&V raportti ja tietokanta. Viittaus julkaisuihin ei riitä. Toistettavuus. 41 verifiointitapausta 8 koesarjaa palokokeita ibmb, Germany Sandia/FM (USA) YHTEENVETO Tärkeimmät fysikaalisten mallien muutokset Palamismalli ottaa huomioon palamattoman polttoaineen ja pyrkii ennustamaan CO tuoton Kiinteän aineen mallilla voidaan kuvata kerroksellisia ja seos materiaaleja sekä mielivaltaisia reaktioita. Säteilyn vaimeneminen aineen sisällä Uusien malliparametrien löytäminen vaatii uusia menetelmiä koetulosten hyödyntämiseen. V&V dokumentointi vastaa toiminnallisen suunnittelun dokumentointivaatimuksia