Szikra Csaba
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tsz. www.egt.bme.hu
CFD modellezés a számítógépes modellalkotás alapjai Az alapegyenletek numerikus megoldása Legyen φ(x,y) az általános felület függvénye. A felület függvényére legyen igaz az alábbi egyenlet:
∂ 2ϕ ∂ 2ϕ ∆2ϕ ∆2ϕ 0= 2 + 2 ≈ 2 + 2 ∂x ∂y ∆x ∆y A numerikus megoldás eredménye:
ϕ0 =
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
ϕ1 + ϕ 2 + ϕ 3 + ϕ 4 4
CFD modellezés a számítógépes modellalkotás alapjai Egy lehetséges numerikus eljárás: •Kezdeti érték a mezın •Peremfeltételek megadása •Relaxáció a mezın •A mezı cellaszám növelésének hatásai •Pontosság •Számítási idı
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
CFD modellezés a számítógépes modellalkotás alapjai Síkbeli cella általánosabb megoldása csak a hıvezetésre (a hımérsékletmezı megoldása)
C0 ⋅ t0 = C1 ⋅ t1 + C2 ⋅ t2 + C3 ⋅ t3 + C4 ⋅ t4 C1 =
C3 =
λ1 ∆y3 + ∆y4 ∆x1
⋅
2
, C2 =
λ3 ∆x1 + ∆x2 ∆y3
⋅
2
∆x2
, C4 =
∑C=C0
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
λ2 ∆y3 + ∆y4 ⋅
2
,
λ4 ∆x1 + ∆x2 ∆y4
⋅
2
CFD modellezés a számítógépes modellalkotás alapjai Milyen mezıket kell még megoldani (térben)? Sebesség mezık x, y, z Nyomásmezı (skalár) Anyagállandóság (folytonosság) Mozgási energia Súrlódási energia Hısugrázás Füstszemcsék mozgása (x,y,z) Stacioner - instacioner Turbulencia modellek
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
Szimulációs programok Általános célú CFD-k Fluent Flow vent Easy flow
Tőz és füst szimulációs programok: Fire Growth and Smoke Transport Modeling CFAST
... Egyéb szimulációra fejlesztett programok de CFD-t is: ESP-R …
Fire Dynamics Simulator és Smokeview (SMV) Grafikus parancsfeldolgozó: PyroSimm
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
FDS – SMV Röviden Fire Dynamics Simulator (FDS) is a computational fluid dynamics (CFD) model of fire-driven fluid flow. The software solves numerically a form of the Navier-Stokes equations appropriate for low-speed, thermally-driven flow, with an emphasis on smoke and heat transport from fires. Smokeview (SMV) is a visualization program that is used to display the output of FDS
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
FDS – SMV Felépítés – Input file struktúra &HEAD CHID=‘FTP -tuz', TITLE=‘FTP elıadásra készített minta input file' / &MESH IJK=90,36,38, XB=-1.0,8.0,-1.8,1.8,0.0,3.82 / - mezı &TIME T_END=5400. / - szimulációs idı &MISC SURF_DEFAULT='MARINITE BOARD', TMPA=20., POROUS_FLOOR=.FALSE. / &DUMP NFRAMES=1800, DT_HRR=10., DT_DEVC=10., DT_PROF=30. / &REAC ID = 'HEPTANE TO CO2' FYI = 'Heptane, C_7 H_16' C = 7. H = 16. CO_YIELD = 0.008 / SOOT_YIELD = 0.015 / &OBST XB= 3.5, 4.5,-1.0, 1.0, 0.0, 0.0, SURF_ID='STEEL FLANGE' / Fire Pan ... &SURF ID = 'STEEL FLANGE' COLOR = 'BLACK' MATL_ID = 'STEEL' BACKING = 'EXPOSED' THICKNESS = 0.0063 / ... &VENT MB='XMIN',SURF_ID='OPEN' / ... &SLCF PBY=0.0, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE. / ... &BNDF QUANTITY='GAUGE HEAT FLUX' / ... &DEVC XYZ=6.04,0.28,3.65, QUANTITY='oxygen', ID='EO2_FDS' / ... &TAIL / End of file.
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
Vagy Grafikus parancsfeldolgozó: PyroSimm
FDS – SMV Felépítés – lehetıségek •2D, 3D mezı •Objektumok, felületek – peremfeltételek •Tőz, ismert hıfejlıdéssel (W/m2) •Egyszerő hıátadó felületek (konvekció, vezetés, tárolás) •Ventilátorok, nyílások (adott légsebesség a peremen) •Anyagtranszport a felületen (pl a tőzbıl a térbe lépı füst) •Nyomás a peremen •Sugárzással szétterjedı hı és tőz! •Pirolízis modellek (miközben az égı anyag is eltőnik – burn-away) Égés, láng, CO keletkezés, Turbulens égés … •Lebegı és hulló részecskék a levegıben (particles and droplets) •Füst •Vízcsepp •Éghetı cseppek •Eszközök a tőzben •Sprinkler &PROP ID='K-11', QUANTITY='SPRINKLER LINK TEMPERATURE', RTI=148., C_FACTOR=0.7, ACTIVATION_TEMPERATURE=74., OFFSET=0.10,PART_ID='water drops', FLOW_RATE=189.3, DROPLET_VELOCITY=10., SPRAY_ANGLE=30.,80. / •Heat detectors •Smoke detectors •Beam detectors •Aspiration Detection Systems •Eszközök kontrollja (vezérlése) a tőzben •Eszközök ki és bekapcsolása Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
FDS szimuláció a Miskolc, Középszer u. 20. tűzeset A tőzesetet egyes részleteit Fire Dynamics Simulator and Smokeview (FDS-SMV) programmal is vizsgáltuk. Ez a számítógépes program alkalmas CFD (számítógéppel segített áramlások vizsgálata) modellezésre. A program fejlesztıi: National Institute of Standards and Technology (NIST) Of The United States Department of Commerce, valamint a Technical Research Centre of Finland (VTT). A program alkalmas tőzesemények szimulációjára.
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
a Miskolc, Középszer u. 20. tőzeset A loggiával rendelkezı szoba szimulációja Az épületet 0,1°C/m függıleges hımérsékletváltozású térbe helyeztük, a gravitációs felhajtóerıt a szokványos nehézségi gyorsulás, illetve 25 °C kiinduló hımérséklet mellett vizsgáltuk.. A vizsgálat elsıdleges célja a hı, és ezen keresztül a füst homlokzaton történı terjedésének modellezése, valamint annak megállapítása, hogy a homlokzatra kijutó hı, füst, illetve tőz a homlokzaton esetleg keletkezı káros anyagokkal milyen feltételek mellett juthatnak vissza a tőz keletkezésének helye felett elhelyezkedı lakásokba.
A loggiával rendelkezı szoba
A modelleket éghetı anyagú hıszigetelı homlokzati bevonatrendszer nélkül állítottuk össze annak tisztázására, hogy ebben az esetben is bekövetkezett volna a homlokzaton keresztül hı és A loggiával nem rendelkezı szoba füst feláramlás, illetve tőzterjedés a tőzkeletkezési szint fölötti lakásokba.
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
a Miskolc, Középszer u. 20. tőzeset A loggiával rendelkezı szoba szimulációja
A loggiával rendelkezı szoba tranziens szimulációjának eredményei (balról jobbra, illetve soronként haladva loggiák környezetében a hımérséklet eloszlás a szimuláció indítása utáni 1., 4., 11., 41., 121., és 301. másodpercben) Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
a Miskolc, Középszer u. 20. tőzeset A loggiával rendelkezı szoba szimulációja
Beáramlás a loggia függıleges lemeze alsó síkjában (a jobboldali ábra a sebességmezı skaláris eloszlása)
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
a Miskolc, Középszer u. 20. tőzeset A loggia nélküli szoba szimulációja
A loggia nélküli szoba tranziens szimulációjának eredményei (balról jobbra, illetve soronként haladva a loggiák környezetében a hımérséklet eloszlás a szimuláció indítása utáni 1., 4., 11., 41., 121. másodpercben)
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
a Miskolc, Középszer u. 20. tőzeset A két eset összevetése
Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1111 Budapest, Mőegyetem rkp. 3.
