The Effect of Forced Draught on the Externally Venting Flame Parameters of Enclosure Fires

Jan Smolka

Doctoral thesis

Abstract:

Vliv větru na požár je obecně znám v rámci hašení lesních požárů, kde vítr měl za následek vznik nejkatastrofičtějších požárů v historii, díky jeho rychlému šíření. Případové studie také potvrzují významný vliv větru na šíření požáru uvnitř budovy a následně mezi budovami, jak bylo pozorováno například při požáru Lærdal v Norsku (2014) nebo požár Cohoe v New Yorku (2017). Výsledky výzkumu značí, že rychlosti větru větší než 16 km/h mohou způsobit nekontrolované šíření uvnitř budovy a mohou ovlivnit usměrní zplodin hoření. Tato práce je zaměřená na další zkoumání vlivu větru na plně rozvinutý požár ve středně rozměrovém měřítku. Pomoci parametrických studií změny intenzity proudění vzduchu a změny velikosti dvou protilehlých otvorů. Pro účely této práce byla vytvořena měřící aparatura na open-source platformě pro měření a analýzu dat zahrnující kontinuální měření úbytku hmotnosti, zaznamenávání teploty, rozměry plamene nebo pravděpodobnosti jeho výskytu. V průběhu měření a vyhodnocením dat byly nalezeny kritické hodnoty, kdy docházelo k usměrnění proudění zplodin hoření, zvýšení turbulence plamene nebo ke změně teplotního pole a rychlosti uvolňování tepla. V rámci měření byly také ověřeny nová charakteristická délka a aplikace bezrozměrného úbytku hmotnosti pro odhad vlivu intenzity proudění vzduchu na hoření v uzavřeném prostoru a predikce kritické rychlosti proudění vzduchu kde dochází k usměrnění zplodin hoření pomocí Archimedova čísla.

Abstract:

Wind-driven fires are commonly known in wildland firefighting as they are usually associated with the most catastrophic events resulting in extended fire spreading. They are also important as a research topic in structural fires as wind can significantly impact fire intensity, development and spreading between buildings as e.g. observed in Lærdal fire in Norway (2014) and Cohoe fire in New York (2017). Research results indicate that when wind speed exceeds 16 km/h wind driven fire conditions prevail in the structure that may lead to uncontrolled fire path or may cause “blow torch effect”. This work focuses on further investigating wind impact on fully developed medium-scale compartment fires. A parametric investigation of the effects of wind on the development of heat release rate, temperature and flame dimensions under different forced draught intensity and opening dimensions in cross ventilation conditions. For purposes of this work, testing equipment was developed on open-source platform for measuring and data analyses including scale with continual measurement, temperature data logging, and flame probability estimation. The research determined the critical conditions during the transition of externally venting flames from bidirectional to one-way flow. Experiments verified the use of Archimedes number and critical velocity estimation to predict the change in flow path under different enclosure ventilation conditions. The measurements also validated a new characteristic length and the application of dimensionless mass loss rate to estimate the effect of forced draught to enclosure fire.

Keywords

požár řízený větrem, vítr, budova, požár v uzavřeném prostoru, výškové budovy, experiment

Keywords

wind-driven fire, wind, building, enclosure fire, high-rise buildings, experiment

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 9. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 16. 4. 2024
• Supervisor: Petr Kučera
• Reader: Ondřej Suchý, Davor Skejić, Tomaž Hozjan

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

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