POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ POŽÁRNÍ ZKOUŠKY V MOKRSKU COMPUTER - SIMULATION OF A FIRE TEST IN MOKRSKO

Podobné dokumenty
9 OHŘEV NOSNÍKU VYSTAVENÉHO LOKÁLNÍMU POŽÁRU (řešený příklad)

7 PARAMETRICKÁ TEPLOTNÍ KŘIVKA (řešený příklad)

Numerická simulace přestupu tepla v segmentu výměníku tepla

CFD výpočtový model bazénu pro skladování použitého paliva na JE Temelín a jeho validace

Analýza sálavého toku podlahového a stropního vytápění Výzkumná zpráva

Vliv prosklených ploch na vnitřní pohodu prostředí

TUNEL PANENSKÁ Za použití vizualizace požárního větrání horkým kouřem pomocí aerosolu s reálným energetickým zdrojem

Proudění vzduchu v chladícím kanálu ventilátoru lokomotivy

7 NAVRHOVÁNÍ SPOJŮ PODLE ČSN EN :2006

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Fire Dynamics Simulator (FDS)

18/04/2014. KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb PPRE Požární prevence. Cvičení č. 5 Odstupové vzdálenosti a požárně nebezpečný prostor.

Požární zatížení po roce 2021

11 TEPELNÁ ZATÍŽENÍ Podklady

Numerická simulace sdílení tepla v kanálu mezikruhového průřezu

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

Ing. Tomáš MAUDER prof. Ing. František KAVIČKA, CSc. doc. Ing. Josef ŠTĚTINA, Ph.D.

VLIV OKRAJOVÝCH PODMÍNEK NA VÝSLEDEK ZKOUŠKY TEPELNÉHO VÝKONU SOLÁRNÍHO KOLEKTORU

NUMERICKÝ VÝPOČET RADIÁLNÍHO VENTILÁTORU V KLIMATIZAČNÍ JEDNOTCE

Numerické řešení proudění stupněm experimentální vzduchové turbíny a budících sil na lopatky

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

134SEP - Seminární práce

Numerické modelování interakce proudění a pružného tělesa v lidském vokálním traktu

Požárně otevřený prostor, odstupové vzdálenosti Václav Kupilík

Počítačová dynamika tekutin (CFD) - úvod -

Studentská tvůrčí činnost 2009

Požární zkouška v Cardingtonu, ocelobetonová deska

Dřevo hoří bezpečně chování dřeva a dřevěných konstrukcí při požáru

Měření poměrných deformací při požární zkoušce v Mokrsku

Část 5.1 Prostorový požár

Experimentáln. lní toků ve VK EMO. XXX. Dny radiační ochrany Liptovský Ján Petr Okruhlica, Miroslav Mrtvý, Zdenek Kopecký.

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

Příspěvek do konference STČ 2008: Numerické modelování obtékání profilu NACA 0012 dvěma nemísitelnými tekutinami

Moderní dřevostavba její chování za požáru evropské a české znalosti a předpisy. Petr Kuklík. ČVUT v Praze

CFD SIMULACE VE VOŠTINOVÉM KANÁLU CHLADIČE

NUMERICKÝ MODEL NESTACIONÁRNÍHO PŘENOSU TEPLA V PALIVOVÉ TYČI JADERNÉHO REAKTORU VVER 1000 SVOČ FST 2014

Ctislav Fiala: Optimalizace a multikriteriální hodnocení funkční způsobilosti pozemních staveb

Simulace letního a zimního provozu dvojité fasády

MODELOVÁNÍ PROUDĚNÍ VODY V OTEVŘENÝCH KORYTECH

Výpočet stlačitelného proudění metodou konečných objemů

Průběh a důsledky havarijního úniku CNG z osobních automobilů

ČVUT FEL X36PAA - Problémy a algoritmy. 4. úloha - Experimentální hodnocení algoritmů pro řešení problému batohu

chemického modulu programu Flow123d

Prognóza teplot s využitím požárních modelů a srovnání s reálným experimentem provedeným v tunelu Valík

POSTUPY SIMULACÍ SLOŽITÝCH ÚLOH AERODYNAMIKY KOLEJOVÝCH VOZIDEL

Vliv protiprašných sítí na dispersi pevných částic v blízkosti technologického celku (matematické modelování - předběžná zpráva)

Modelování magnetického pole v železobetonových konstrukcích

8 ODSTUPOVÉ VZDÁLENOSTI A POVRCHOVÉ ÚPRAVY STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

VÝPOČET TEPELNÝCH ZTRÁT

Požární odolnost ocelobetonové stropní konstrukce. Eva Dvořáková, František Wald

ČSN EN OPRAVA 1

OPERATIVNÍ TEPLOTA V PROSTORU S CHLADICÍM STROPEM

VÝPOČET POŽÁRNÍHO ZATÍŽENÍ

Vliv úhlu distální anastomózy femoropoplitálního bypassu na proudové charakteristiky v napojení

Teplota ocelového sloupu

Solární komín řešení pro nefungující systémy přirozeného větrání

NESTABILITY VYBRANÝCH SYSTÉMŮ. Úvod. Vzpěr prutu. Petr Frantík 1

SF2 Podklady pro cvičení

KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2009, ročník IX, řada stavební článek č.4

Statický výpočet požární odolnosti

Případ data vozidla data trati 1. konstantní mění se 2. mění se konstantní

HODNOCENÍ ROZDÍLNÝCH REŽIMŮ PŘI PROCESU SPALOVÁNÍ

Modelování proudění vzdušiny v elektroodlučovači ELUIII

EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ TEPLOT ELEKTRICKÝCH TOPIDEL

Převodní charakteristiku sensoru popisuje následující vzorec: C(RH)=C 76 * [1 + HK * (RH 76) + K] (1.1)

Simulace toku materiálu při tváření pomocí software PAM-STAMP

Průběh požáru TEPLOTNÍ ANALÝZA POŽÁRNÍHO ÚSEKU. Zdeněk Sokol. 2: Tepelné zatížení. 1: Vznik požáru. 3: Teplota konstrukce

Ocelové konstrukce požární návrh

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

POŽÁRNÍ ODOLNOST PODHLEDOVÝCH KONSTRUKCÍ OPLÁŠT NÝCH CEMENTOTŔÍSKOVÝMI DESKAMI. Autoři: Ing. Miroslav Vacula Ing. Martin Klvač

VLIV KMITÁNÍ TRUBKY NA PŘESTUP TEPLA V KANÁLU MEZIKRUHOVÉHO PRŮŘEZU

Studentská tvůrčí činnost D modelování vírových struktur v rozváděcí turbínové lopatkové mříži. David Jícha

29/03/2014 REI 30 DP1. Požadovaná PO Skutečná PO. KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb PPRE Požární prevence

Bibliografická citace VŠKP

1 Zatížení konstrukcí teplotou

VÝPOČET TEPELNÝCH ZTRÁT

TEPLOTNÍHO POLE V MEZIKRUHOVÉM VERTIKÁLNÍM PRŮTOČNÉM KANÁLE OKOLO VYHŘÍVANÉ NEREZOVÉ TYČE

Kontaktní zateplovací systémy z požárního hlediska. Ing. Marek Pokorný ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra konstrukcí pozemních staveb

Tomáš Syka Komořanská 3118, Most Česká republika

Návrh postupu pro stanovení četnosti překročení 24hodinového imisního limitu pro suspendované částice PM 10

THE APPLICATION OF MATHEMATICAL MODEL TO CALCULATE THE STABLE CLIMATE BY TERUNA SOFTWARE. Olga Navrátilová, Zdeněk Tesař, Aleš Rubina

Posuzování kouřových plynů v atriích s aplikací kouřového managementu

Vlny konečné amplitudy vyzařované bublinou vytvořenou jiskrovým výbojem ve vodě

F POŽÁRNĚ BEZPEČNOSTNÍ ŘEŠENÍ STAVBY

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov, České vysoké učení technické, Buštěhrad

VÝZKUM VLASTNOSTÍ SMĚSI TEKBLEND Z HLEDISKA JEJÍHO POUŽITÍ PRO STAVBU ŽEBRA

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A12. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

NUMERICKÉ MODELOVÁNÍ ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ KONSTRUKCÍ

POŽÁRNĚ BEZPEČNOSTNÍ ŘEŠENÍ

Elektronické praktikum EPR1

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Okrajové podmínky

Porovnání tepelných ztrát prostupem a větráním

BIM & Simulace CFD simulace ve stavebnictví. Ing. Petr Fischer

Sendvičové panely smykový test výplňového materiálu čtyřbodovým ohybem

Martin Červenka, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

ŽELEZOBETONOVÁ SKELETOVÁ KONSTRUKCE

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Transkript:

Otto DVOŘÁK 1, Jan ANGELIS 2, Tomáš KUNDRATA 3, Hana MATHEISLOVÁ 4, Petra BURSÍKOVÁ 5, Milan JAHODA 6 POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ POŽÁRNÍ ZKOUŠKY V MOKRSKU Abstrakt COMPUTER - SIMULATION OF A FIRE TEST IN MOKRSKO Článek popisuje modelování požární zkoušky v Mokrsku, kterou provedla stavební fakulta ČVUT. Požární zkouška byla matematicky modelována pomocí programů Smartfire a Fire Dynamic Simulator s nadstavbou Pyrosim. Výsledkem je pak srovnání naměřených dat s daty vypočítaných z pomocí těchto programů. Zároveň jsou porovnány oba programy mezi sebou. Klíčová slova: matematické modelování, požární zkouška, Mokrsko, Smartfire, FDS, Pyrosim. Abstract The article describes the modeling of a fire test in Mokrsko conducted by the Faculty of Civil Engineering. The Fire test was mathematically modeled using the programs Smartfire and Fire Dynamic Simulator with Pyrosim. The result is then compared to measured data with data calculated from using these programs. At the same time the two programs are compared with each other. Key words: mathematical modelling, fire test, Mokrsko, Smartfire, FDS, Pyrosim. Úvod Hlavním cílem zkoušky bylo ověření předpovědi chování konstrukce administrativní budovy vystavené požáru. Kromě požární odolnosti tří stropních konstrukčních systémů se zkoušelo šest řešení obvodových plášťů [1]. Požární zkouška v Mokrsku dne 18. 9. 2008 v objektu o velikosti (18x12x4) m. Na jedné z delších stěn jsou umístěny 2 okna o výšce 2,54 m a šířce 4,2 m. V požárním úseku bylo rozmístěno 50 hranic dřeva po 12 vrstvách s 10 ks hranolků o rozměrech (50x50x1000) mm v každé vrstvě. Požární zatížení bylo cca 35,5 kg dřeva.m -2, což odpovídá asi 620 MJ.m -2. Výhřevnost dřeva vyšla z experimentálních zkoušek průměrná hodnota 18,6 MJ.kg -1. Podrobnosti popisu experimentálního objektu, viz [1, 2]. Velikost výkonu (120 kw.m -2 ) byla vypočítána z množství spáleného materiálu. Tvar teplotní křivky byl odvozen z teplotního průběhu a literatury. Tato hodnota též odpovídala naměřeným hodnotám radiometrů. 1 Ing., Ph.D., MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany, e-mail: odvorak@mvcr.cz 2 Ing., MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav PO, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany, e-mail: anglisjan@mvcr.cz 3 MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany 4 Ing., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6, e-mail: hana.matheislova@ vscht.cz 5 Ing., MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany, e-mail: bursikop@mvcr.cz 6 MV - GŘ HZS ČR, Technický ústav požární ochrany, Písková 42, 143 01 Praha 4 - Modřany 45

Technický ústav PO Praha byl požádán o měření/stanovení: - zpětného sálání vybraných kovových konstrukcí, - teplotního profilu ve vybraných pozicí, - rychlosti proudění ovzduší v okně, - vzorkování a analýza ovzduší na obsah toxikantů, - efektivní výhřevnosti dřeva. Schéma měření přístroji TÚPO je vyznačeno na Obr. 1. Výsledky z těchto měření pak slouží pro porovnání s modelovými daty. Teploty ovzduší ve C byly snímány pomocí 11 ks plášťovaných termočlánků typu K v pozicích vyznačených T1 až T11, z nichž: - 4 ks byly umístěny ve vzdálenosti horkého konce 50 cm od stropu v pravé zadní části experimentálního objektu, pozice T5 až T8, - 3 ks byly umístěny na svislici u sloupku mezi levým a pravým oknem, u čelní stěny objektu ve vzdálenostech horkého konce 30 cm, 50 cm a 180 cm od stropu, pozice T2 až T4 a čtvrtý termočlánek byl situován horkým koncem u povrchu stropu, pozice T1, poslední 3 ks byly umístěny v blízkosti ústí 3 ks Pitotových trubic (měření rychlosti proudění) v levém okně (z čelního pohledu) ve vzdálenostech horkého konce 50 cm od levého okraje a od dolního okraje okna 40 cm (pozice T9), 120 cm (pozice T10) a 200 cm (pozice T11) viz obrázek 1. MĚŘENÍ TUPO A B C 9000 9000 3000 4000 4000 3000 3 300 300 6000 2 1 6000 340 340 280 1660 2340 4010 4500 210 1000 1650 700 1650 100 1200 1200 1200 1200 1200 100 230 100 25 320 200 6430 730 LEGENDA 125 325 125 9000 125 250 MĚŘENÍ RADIOMETREM MĚŘENÍ TERMOČLÁNKEM M1:100 Obrázek 1: Schéma umístění měřících přístrojů TÚPO 46

1. Specifikace požární zkoušky v programu SmartFire Úloha byla řešena programem Smartfire v4.1 instalovaným na počítači s dvěma procesory Dual-Core AMD Opteron 2,00 GHz a s pamětí 8 GB a operačním systémem Windows XP 64bit. Smartfire v4.1 využívá pro řešení proudění model k- Standardní k-ε model se vztlakovým členem použitým s bezrozměrnými koeficienty uvedenými v tabulce: 2 k C 2 ( U) L C1 PC3max( G,0) C2 t k k Cμ σ k σ ε C 1ε C 2ε C 3 0,09 1,0 1,3 1,44 1,92 1,0 Pro modelování radiace byl použit model Multiple Ray se 48 paprsky (tj. radiační záření do 48 směrů). Model hoření nebyl zadán a požár se počítal přes výkon tedy bez modelu chemické reakce. Z toho plyne, že též nebyl řešen model toxicity. Rychlost uvolňování tepla Q je u všech zdrojů hoření (hranic dřeva) uvažována lineárně rostoucí od počátku do konce simulace (tj. do 3720. s). Maximálního výkonu je tak dosaženo na konci simulace a tato hodnota je 720 kw. Výsledky jsou uvedeny ve formě časových závislostí teploty v místech odpovídajících umístění termočlánků během požární zkoušky. Náhled geometrie počítané programem Smartfire je vidět na následujícím Obrázku 2. y z x Obrázek 2: Geometrie objektu v Mokrsku v programu Smartfire Počáteční hodnoty a okrajové podmínky byly zvoleny takto: všechny stěny a strop jsou uvažovány jako nevodivé objekty. Za stěnami s okny zvnějšku je definován přídavný prostor pro zajištění správné simulace proudění vzduchu skrz dveře a okno. Počáteční rychlost ve všech směrech byla nulová. Počáteční tlak 101,3 kpa a počáteční teplota 15 C. Výpočetní síť byla vytvořena pomocí integrovaného generátoru sítě a skládala se z 43010 buněk (55x17x46) - obrázek sítě viz obrázek 3. 47

Obrázek 3: Schéma numerické sítě v programu Smartfi re Řešení úlohy bylo časově závislé s celkovým počtem časových kroků 3720 s z toho jeden časový krok byl 1 s. Počet iterací mezi jednotlivými časovými kroky bylo nastaveno na hodnotu 50. Konvergence proměnných během iterace klesala pod 10-4. Výpočet proběhl na 3 procesorových jádrech a doba jedné iterace trvala 4,68 s. 2. Specifikace úlohy v FDS/Pyrosim Úloha Mokrsko byla počítána v FDS v5.4.3 a s Pyrosimem 2010.1 instalovaným na operačním systému Windows XP 32bit s dvěma Dual-Core AMD Opteron 2,00 GHz a pamětí 8 GB RAM (alokovaných 2,92 GB RAM). Geometrie místnosti byla stejná jako geometrie ve Smartfire viz obrázek 4. Obrázek 4: Geometrie objektu v Mokrsku v programu FDS 48

Vzhledem k velikosti modelu a numerické náročnosti byl použit pro modelování proudění a turbulence model simulace velkých vírů (LES). Pro řešení radiace byl použit základní model Enable Radiation Transport Solver. Časový průběh rychlosti uvolňování tepla Q, který byl uvažován během simulace jako lineárně rostoucí maximem s v 3720 vteřině, kde výkon dosahoval 120 kw.m -2. Počáteční hodnoty a okrajové podmínky byly zvoleny stejně jako u programu Smartfire. Počáteční rychlost proudění nulová ve všech směrech, atmosférický tlak 101,3 kpa a teplota 15 C. Všechny stěny a strop jsou uvažovány jako nevodivé objekty. Před okny a nad stropem zvnějšku jsou definovány volné prostory pro zajištění správné simulace proudění vzduchu. Numerická síť sestává z 156 560 buněk (92x70x24) o rozměru buňky (0,2x0,2x0,2) m. Během simulace bylo provedeno 193 335 časových kroků s celkovou dobou výpočtu 129,22 hodin. 3. Výsledky Výsledky a srovnání naměřených a vypočtených dat jsou patrny na Obrázku 5 a Obrázku 7. Na obrázcích Obrázku 8 a 9 lze vidět, že během pouhé půl minuty došlo ke změně směru proudění produktů hoření a to tím způsobem, že produkty hoření začaly unikat stropem a nikoliv oknem. Tato skutečnost též byla zohledněna při počítání v programu FDS, jinak by simulace vykazovaly známky dušení a též snížení napočítaných teplot. Obrázek 5: Srovnání teplotních polí ve 1200-sté vteřině (horní - Smartfi re, dolní - FDS) Obrázek 6: Srovnání rychlostních polí ve 1200-sté vteřině (horní obr- Smartfi re, dolní - FDS) 49

teplota [ C] čas [s] teplota [ C] čas [s] teplota [ C] čas [s] Obrázek 7: Srovnání závislosti naměřených a vypočítaných teplotních řad na čase (FDS vykazuje nižší hodnoty, Smartfi re ukazuje vyšší hodnoty) 50

Obrázek 8: zplodiny hoření unikají oknem v čase 33:26 Obrázek 9: zplodiny hoření neunikají tolik oknem - došlo k prohnutí nosníků a zplodiny unikají střechou v čase 34:05 Závěr Z porovnání výsledků numerických výpočtů a reálných dat lze konstatovat, že vypočítané hodnoty z programu Smartfire mají tendenci mírně nadhodnocovat reálnou teplotu, zatímco vypočítané hodnoty z programu FDS mají mírně nižší hodnotu teplot, než jak je naměřily termočlánky. Z grafů časových závislostí teplot na čase je patrné, že reálná naměřená teplota byla přesně ve středu mezi teplotami vypočítaných z FDS a Smartfire. Z grafů je též patrné, že napočítané teplotní křivky tvarově odpovídají těm naměřeným [5]. 51

Literatura [1] WALD, F.; KALLEROVÁ, P.: Fire Test in Mokrsko 2008, Praha, June 2009, 106 s. [2] Požární zkoušky na experimentálním objektu v Mokrsku, Praha: ČVUT, 8/2008. [3] ŠEVČÍK L., DVOŘÁK O.: Protokol o Měření teplot a hustoty toku tepla při požární zkoušce na experimentálním objektu v Mokrsku, Praha: TÚPO, 2008, 5 s. [4] RŮŽIČKA M., DVOŘÁK O.: Protokol o Měření koncentrací vybraných zplodin hoření, rychlosti proudění a teploty ovzduší při požární zkoušce v experimentálním objektu v Mokrsku, Praha: TÚPO, 2008, 5 s. [5] Výzkumná zpráva TÚPO o výsledcích řešení DVÚ č. 2 v roce 2009, Praha: MV - GŘ HZS ČR - TÚPO, 2009. 52