gaisru modeliavimui naudojamos programos
TRANSCRIPT
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.: [email protected]