Simulace procesů hašení pomocí počítačového modelování

Adam Thomitzek

Doctoral thesis

Simulation of firefighting using computer modeling

Abstract:

Disertační práce je zaměřena na získání experimentálních dat použitelných pro zkoumání citlivosti počítačového modelu intenzity zkrápění proudem kapek ze sprinklerové hlavice na vstupní parametry modelu a možnost využití parametru in-tenzity zkrápění jako návrhového parametru v pokročilých modelech potlačení ho-ření. Byly provedeny experimenty měření plošné intenzity zkrápění na podlaze ex-perimentálního prostoru. Měření intenzity zkrápění je provedeno za pomocí kelímků půdorysných rozměrů 4,8 x 4,8 cm v radiální vzdálenosti od 0,26 do 2,80 m od osy sprinklerové hlavice, čímž je dosaženo jemné závislosti intenzity zkrápění na vzdále-nosti. Kelímky byly stanovenou dobu zkrápěny pomocí 4 typů sprinklerových hlavic se stejnými návrhovými parametry z hlediska požární bezpečnosti staveb. Naměřené hodnoty byly analyzovány a připraveny pro srovnání s počítačovou simu-lací. Pro simulaci byl vytvořen počítačový model experimentálního prostoru. Simula-ce prostoru sprinklerové komory byla provedena v programu Fire Dynamics Simu-lator verze 6.7.6. Sprinklerová komora byla přenesena do modelu v reálném měřít-ku. Ve zkušebním prostoru je umístěno zařízení simulující chování sprinklerové hla-vice. Tomuto zařízení je přiřazeno chování sprinklerové hlavice z hlediska závislosti průtoku na tlaku a rychlosti proudění dle experimentu. Zařízení generuje shluk ka-pek popsaný jako proud částic daného minimálního, maximálního průměru a distri-buce velikosti, počáteční rychlosti a úhlu rozstřiku. Intenzita zkrápění je stanovena pomocí veličiny, která sčítá kapky dopadající na sledovanou plochu danou rozměrem buňky výpočetní sítě. Byly připraveny dva základní simulační scénáře a jejich výstupy porovnány s experimentálně zjištěnou intenzitou zkrápění. Dále byla provedena studie citlivosti modelu na hodnoty vstupních parametrů. Výstupem této analýzy je vyhodnocení dopadu jednotlivých parametrů na simulaci a doporučení pro uživatele.

Abstract:

The aim of the doctoral thesis is to first obtain experimental data useful for validati-on of the fire suppression models and second to study whether a sprinkler droplet precipitation per surface area can be used as a design parameter in the fire suppression models and in relation to model input sensitivity study. Conducted ex-periments measured the surface intensity of the droplet precipitation on the floor of the experimental area. The measurement of the spray intensity was performed using cups of surface area of 4.8 x 4.8 cm placed at radial distance of 0.26 to 2.80 m from the sprinkler head axis. The obtained intensity of the droplet precipitation is thus very fine comparing to a commercial bucket test performed by the sprinkler manu-facturers. Four types of sprinkler heads with the same design purposes in terms of fire safety of buildings were studied. The measured values were used for comparison with the computer simulation. The simulation of the sprinkler chamber space was performed in Fire Dynamics Simula-tor version 6.7.6. A sprinkler head behavior is defined the same as in the experiment in terms of pressure and flow rate. The device generates a spray described as a stream of droplets of a given minimum and maximum diameter and size distribution, initial velocity and angle of the spray. The intensity of the droplet precipitation is determined by a model quantity that sums the droplets falling on the area of interest given by the cell dimension of the computational grid. Two simulation scenarios were prepared and their outputs were compared with the experimentally measured droplet precipitation intensity. A sensitivity study of the model output to the values of the input parameters was performed. Impact of each parameter on the simulation predictions is evaluated and recommendations for the users are drawn.

Keywords

počítačová simulace, hašení, CFD, matematické modelování, sprinkler

Keywords

computer simulation, extinguishing, CFD, matematical modeling, sprinkler

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 2. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 8. 2. 2023
• Supervisor: Aleš Dudáček
• Reader: Milan Jahoda, Vladimír Mózer, Karol Balog

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Doctoral programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Požární ochrana a bezpečnost