gaisru modeliavimui naudojamos programos

Nerijus Tautvaišas

Gaisrų modeliavimui naudojamos kompiuterinės programos

Modeliavimo tipai

Gaisro modeliavimas

Fizinis Matematinis

Tikimybinis Apskaičiuojamas

Lauko (CFD) modeliai

Zonų modeliai

Fizinio modeliavimo pavyzdžiai

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

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

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

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

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

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

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• Programin ė 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

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

FDS (Fire Dynamics Simulator)

Visuomenin ės paskirties pastatasPastato koridoriuose mechaninis dūmų šalinimasDūmų zonos ilgis 74 metrai

Dūmų zonos ilgis

FDS (Fire Dynamics Simulator)

• Nagrinėjamas gaisro tūris padalinamas į daugybę mažų “kontrolinių” tūrių

• Gaisro parametrai skaičiuojami kiekvieno kubelio viduje

Skysčių dinamikos modelis (CFD)

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

FDS patikimumas

FDS patikimumas

FDS patikimumas

Oras pradedamas tiekti į patalpą

FDS kalibravimas

Slėgis patalpoje pastovus

FDS kalibravimas

FDS galimybės

Tipiniai duj ų 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

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

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

FDS pranašumai

• Išvengiama “perdėtų” gaisrinės saugos priemonių

• Sumažinamas rizikos įvertinimo neįprastose erdvėse “konservatizmas”

• Įvertinamas pasyviųjų gaisrinės saugos priemonių naudos – kainos santykis

• Galima projektuoti “vienetines” (unikalias) saugos sistemas optimizuotas konkrečiam objektui

• Žmonių evakuacijos simuliacijoms skirtas evakuacijos modelis

• Pilnai integruotas į FDS

• Kiekvieną besievakuojantį vertina kaip atskirą individą

FDS+Evac

• 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

• 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

Ačiū už dėmesį

Tel.: 8627 87111 el. p.: tau.nerijus@gmail.com