Modelul zonal

MODELUL ZONAL

LESSFIRE este denumirea pentru foc/fum in programul SSRC/SaS pentru analiza incendiului, care include modelul prezentat aici - un model zonal multi-compartiment capabil sa se acomodeze cu un numar mare de compartimente (in functie de resursele calculatorului) cu mai multe legaturi(guri de ventilatie si conducte). Datele de intrare necesare de model sunt date geometrice alaturi de locatii si raportul cedarii de caldura din timpul incendiului. Componenta peretilor si proprietatile combustibililor sunt stocate in baza de date. Datele de iesire sunt propagarea factorilor de risc pe vas, incluzant temperatura, fluxurile de caldura, fumul toxic si obscuritatea vizuala. Aceste date sunt folosite in simularea evacuarii pentru evaluarea influentei incendiului asupra evacuarii.

Aceasta metode foloseste grile aspre(unul sau mai multe volume de control pe compartiment) si trepte mari de timp (1-10 secunde). Gazul din fiecare volum de control este considerat un ameste de 2 straturi gazoase uniforme(din care unul poate avea volumul zero) cu o interfata orizontala intre ele.

Pentru fiecare strat de gaz, ecuatia conservarii masei este rezolvata prin introducerea in timp a tuturor surselor de masa, incluzand, pentru stratul superior de gaz, produsi de ardere, masa antrenata in flacara din stratul inferior si fluxuri de masa din ventilatie. Pentru stratul inferior de gaz, sursele de masa includ pierderile de masa din flacara si transferul de masa prin ventilatie.

Ecuatia conservarii energiei este rezolvata prin corelarea cresteii presiunii medii intr-un compartiment cu sursele de caldura datorate transferului de caldura convectin, conductiv si radiant. Transferul convectiv de energie include termeni similari cu cei din transferul de masa: caldura de ardere din incendiu, entalpia trimisa de flacara din straturile inferioare in cele superioare si fluxurile de caldura convectiva prin ventilatie. Apare un termen aditional datorat schibului de caldura dintre gaz si peretele solid al incintei.

Aditional ecuatiile de transport ale speciilor gazoase sunt rezolvate. Un total de 8 ecuatii de conservare ale componentelor gazoase sunt luate in considerare, incluzand specii din aerul ambiant ( oxigen, dioxid de carbon, apa si specii inerte( si produsi de ardere ( combustibil nears, dioxid de carbon, apa, monoxid de carbon, funingine, clorura de hidrogen si cianat de hidrogen).

Raportul fluxului prin ventilatie este definit prin integrarea ecuatiei lui Bernoulli pentru rationalizarea zona de ventilatie. Masa calculata su fluxurile de caldura sunt redistribuite intre straturile de gazale compartimentelor pe fiecare parte a ventilatiei, presupunand ca un flux din stratul superior sau inferior trebuie sa se termine stratul superior sau inferior a celuilalt compartiment, datorita influentei flotabilitatii. Ventilarea fortata prin ventilatoare este de asemenea inclusa.

Pentru calcularea conductibilitaii termice intre compartimente sau catre atmosfera ambianta, fiecare perete, podea sau tavan este subdivizat intr-un numar de sgemente. Pentru modelarea compartimentelor d geometrie aleatorie, o structura de date similara cu structura de conectivitate bazata pe fata celulara a grilei de volume sinite nestructurate este introdusa. La introducerea datelor, fiecare segment de perete este specificat prin colturile sale si indicii celor doua compartimente adiacente. Un pre-procesor geometric dezvoltat sa pregateasca asemenea date foloseste modelul CAD ca date de primire.

Segmentele peretelui pt contine cateva straturi din materiale diferite, continue sau separate de straturi de aer. Straturile dintr-un singur material pot fi tratate ca subtiri din punct de vedere termic, sau groase, conducand temperatura cu o ratie finita. In ambele cazuri, fluxurile de caldura cater suprafetele de segment, furnizate de altfel de calculele transferurilr de caldura radiante si convective, servesc ca conditii lmita pentru calculele convectiei si radiatiei in compartimentele adiacente.

Rata de ardere este considerata ca eliminarea de caldura cu furnizare nelimitata de oxigen si tinerea corecta a contului conditiilor de ventilare: pentru un foc bogat in combustibil rata de ardere este restrictionata de lipsa oxigenului. Transferul radiant de caldura, este modelat intre panourile de suprafata, straturile de gaz, si focuri cu metoda de transfer discreta. Mai multe detalii in Shigunov (2004a).

Deoarece modelul descris cuprinde ce e mai important din fizica cat si conservativitatea inerenta, poate furniza rezultate numerice de o acuratete acceptabila referitor la caracteristicile intregrale, ca temperaturile medii, fluxurile de ventilatie dintre compartimente, schimburile de caldura radianta dintre straturile gazoase, pereti si foc, conductibilitatea termica prin pereti si transferul de caldura convectiva dintre peretii solizi si gaz. Cel mai mare dezavantaj al modelului provine din discretizareaaspra: multe procese ajung la scara sub-grilasi necesita modelare. Cele mai important dintre ele sunt efectele amestecarii, de exemplu, amestecul turbulent intre flacara si aer sau intre fluxurile opuse in gurile de ventilatie. Alte fenomene sub-grila importante sunt comportamentele nerezolvate cum ar fi fluxurile tranzitorii lungi (coridoare) sau inalte (scari). Unele dintre aceste probleme sunt discutate in cele ce urmeaza.