Erweiterte Modellierung für einen besseren Brandschutzes in Gebäuden
Frühere Arbeiten zur Flammenausbreitung konzentrierten sich weitgehend auf 1D- oder 2D-Simulationen mit handelsüblichen kommerzieller Software für numerische Strömungsdynamik (Computational Fluid Dynamics, CFD). Allerdings verfügen solche Computerprogramme nur über begrenzte Darstellungsmöglichkeiten für Flammenausbreitungsszenarien. Die Initiative FLAME SPREAD (Fully coupled fluid-solid simulation of upward flame spread and fire growth) schuf hier Abhilfe, indem sie ein neues Modell in OpenFOAM - der kostenlosen Open-Source-Software für CFD - einführte, das die Flammenausbreitung nach oben mit komplexen Flammenformen und -geometrien prognostiziert . Im Gegensatz zu früheren Studien verwendete FLAME SPREAD auch die neuesten verfügbaren Verbrennungs- und Rußmodelle für die Brandsimulation sowie die neu eingeführten Modelle für graues Gas bei der gasförmigen Strahlungswärmeübertragung. Daraufhin konzentrierte es sich auf die Kopplung der Strahlungswärmeübertragung und der Rußverarbeitung mit Pyrolyseberechnungen. Das neue Modell von FLAME SPREAD konnte die Rate der Oberflächenregression und die Zeit für das Erreichen der Pyrolysetemperatur gut erfassen. Die Ergebnisse zeigten, dass es den Temperaturanstieg bei der Flammenausbreitung mit ausreichender Genauigkeit vorhersagen kann. Für kleine Wandbrände, Pyrolyseraten und Wärmefluss zeigten die berechneten Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die Berücksichtigung der Spitzenwirkung die Vorhersagegenauigkeit für den konvektiven Wärmefluss verbesserte. Das neue Modell kann auch die Rate der Flammenausbreitung, die Wärmefreisetzungsrate des Feuers sowie die Flammenhöhe im Falle von Großbränden genau vorhersagen. Dieses validierte Modell wurde dann verwendet, um die Flammenausbreitung bei unterschiedlichen Neigungen zu simulieren und die Flammenausbreitung nach oben vorherzusagen. FLAME SPREAD verbreitete die Informationen über seine Entwicklungen in Industrie und Wissenschaft durch eine Reihe von Seminaren und Workshops.
Schlüsselbegriffe
Brandschutz, Modell, Flammenausbreitung, numerische Strömungsmechanik, OpenFOAM, Graues Gas, Ruß, Pyrolyse
