Fire Dynamics Simulator (FDS)

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze F A K U L T A S T A V E B N Í Katedra konstrukcí pozemních staveb 124 PSP Plasty a sklo za požáru Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) programy Fire Dynamics Simulator (FDS) + Smokeview (SMV) Hana Najmanová Prezentace vznikla za podpory Fondu rozvoje vysokých škol (projekt FRVŠ č. 343/2013). 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV 1 14 Fire Dynamics Simulator (FDS) FDS je CFD model pro simulace pohybu tekutin vyvolaného jakýmkoliv tepelným účinkem, tj. nejen požárem. Široká uživatelská základna FDS je celosvětově stále častěji využívanou špičkovou aplikací ať již v oblasti požárního výzkumu, požárně inženýrské praxe nebo rekonstrukcí závažných požárů. FDS je volně dostupný na webu verze FDS1 uvolněna v r po více jak 20 letém vývoji, dnes verze FDS6. transport tepla a kouře Autoři: transport tepla konvekcí a radiací mezi plynem a pevnými povrchy transport tepla kondukcí v pevných USA NIST (National površích Institute of Standards and pyrolýza (proces hoření) Technology) šíření plamene a rozvoj požáru Finsko VTT (Technical Research Centre of Finland) aktivace sprinklerových hlavic a tepelných a kouřových detektorů sprinklerové skrápění a hašení vodou apod. 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV 2 14 Práce s FDS 1) Pre-procesor: příprava vstupních dat I. zdrojový kód tvorba (programování) textového souboru ve formátu ***.fds (např. v textovém editoru Poznámkový blok nebo Wordpad ) II. grafické rozhraní program PyroSim (na cvičení nikoliv) automatická tvorba zdrojového kódu komerční software 2) Procesor: vlastní výpočet provádí program FDS 3) Post-procesor: vizualizační program Smokeview (SMV) automatická instalace s programem FDS, tj. volně ke stažení SMV vytváří videozáznam v reálném čase + umožňuje pohyb v simulovaném prostoru ve 3D 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV

2 FDS + SMV web + možnost stažení PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV 4 14 Stažení FDS + SMV dle operačního systému počítače PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV 5 14 Příklad: Rekonstrukce požáru v hotelovém pokoji v FDS + SMV Požární scénář: 1) požár křesla; žádné další výrobky ani konstrukce k požáru nepřispívají 2) pootevřené hlavní vstupní dveře na chodbu; ostatní dveře otevřené zcela 3) kolaps zasklení při teplotě cca 300 4) Zděné stěny (pórobeton) a žlb. strop 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV

3 FDS příklad spuštění výpočtu z příkazového řádku Spuštění výpočtu příkazem: fds5 ***.fds (*** = název souboru) 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV 7 14 Vizualizace pokoje v programu Smokeview (SMV) Dialogová okna nabídka = pravá myš Veškeré prvky a překážky (např. zdi, otvory) definovány dle velikosti buněk ve výpočetní síti. 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV 8 14 Vizualizace pokoje v programu Smokeview (SMV) Zelené měřící body: teplota, rychlost proudění, tepelný tok Časová osa videozáznamu 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV

4 Definování požáru v FDS 1. Definování hořlavých materiálů (povrchů) a iniciačního zdroje, obecný problém = nedostatek materiálových charakteristik, přesnost a doba výpočtu apod. 2. Zadání změřených hodnot rychlosti uvolněného tepla (HRR), hořák Průběh měřen v nábytkovém kalorimetru v požární laboratoři 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV Vstupní soubor zdrojový kód pro hotelový pokoj &HEAD CHID = 'pokoj', TITLE = 'pozar kresla v hotelovem pokoji'/ &TIME T_END = 300.0/ &MESH IJK = 60, 30, 26, XB = 0.0,6.0, 0.0,3.0, 0.0,2.6 / &VENT XB = 6.0,8.0, 0.0,0.0, 0.0,4.0, SURF_ID = 'OPEN'/ &OBST XB = 5.8,6.0, 0.0,3.0, 0.0,2.6, SURF_ID = 'STENA' / &HOLE XB = 0.80,1.40, 1.39,1.61, -0.01,2.0 / &SURF ID ='STROP' MATL_ID ='BETON' COLOR ='GRAY' THICKNESS = 0.2 / &MATL ID ='BETON' DENSITY = CONDUCTIVITY = 1.2 SPECIFIC_HEAT = 0.88 / další řádky a další řádky Kompletní zdrojový kód pro vzorový příklad hotelového pokoje na webu cvičení (soubor pokoj.fds) &TAIL / 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV Vstupní soubor zdrojový kód pro hotelový pokoj FDS načítá pouze informace mezi symboly & / &HEAD CHID = 'pokoj', TITLE = 'pozar kresla v hotelovem pokoji'/ Hlavička Doplňující informace o simulaci Tento název ponesou všechny vygenerované soubory psát bez interpunkce a mezer Doporučení: nepřepisovat ručně zdrojový kód, ale upravovat nejlépe nějaký vzorový příklad! Jakýkoliv překlep či chybějící znak = riziko chybného hlášení a nespuštění simulace. Podrobný výklad jednotlivých části zápisu zdrojového na cvičeních a ve vzoru (pokoj.fds). 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV

5 Získání spočtených dat Grafická vizualizace dat v programu Smokeview chování kouře + plamene barevné izoplochy vyjadřující rozložení spočtených dat v rovině Výstupní soubory typu ***.CSV (comma separated value) MS Excel 2 typy souborů: ***_HRR.CSV : vypočtená rychlost uvolňovaného tepla (HRR [kw]) ***_DEVC.CSV : vypočtená data v předem definovaných měřících bodech (DEVC = devices) Úprava formátu ***.CSV: teploty (termočlánek) 1)Data do sloupců rychlost proudění (rychlostní sonda) 2)Formát buňky = číslo tepelný tok (radiometr) apod. 3)Nahradit desetinou tečku (USA) za čárku (CZ) 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV Zadání 1. části semestrální 1) navrhněte vlastní jednoduchou dispozici hotelového pokoje: půdorys, řez, okótovat, definovat materiály zejména pro stěny a strop 2) definujte požární scénář, tj. například t kvadratický požár (viz web cvičení Soubory ke stažení"), a to konkrétní rovnicí (fázi chladnutí zanedbejte) nebo změřenou hodnotou HRR dostupnou v literatuře 3) definujte okrajové podmínky výpočtu (např. pootevřené dveře, předpokládaný okamžik otevření okna apod.) 4) specifikujte použitý software (verze, autor, odkaz na web autora) 5) proveďte požární CFD simulaci s využitím programů FDS6 + SMV 6) spočtené výsledky vykreslete do grafu a napište stručný komentář, a to konkrétně: Zdrojový kód včetně rychlost uvolňování tepla (HRR) poznámek vložte do průměrné teploty v horní kouřové vrstvě semestrální. výška kouřové vrstvy = Příloha 1 hustota tepelného toku na předpokládané hranici požárně nebezpečného prostoru dle ČSN PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV Děkuji za pozornost. 124 PSP Hana Najmanová Cvičení 2 a 3: Model typu pole (CFD) software FDS + SMV