Υπολογιστκή προσομοίωση ανάπτυξης πυρκαγιάς σε πρόσοψη κτιρίου

• Κύριος συγγραφέας: Βρούβης, Παναγιώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Vrouvis, Panagiotis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Πυρκαγιά σε κτίριο; Θερμοπρόσοψη; Υπολογιστική ρευστοδυναμική; Προσομοίωση πυρκαγιάς; Building fire; External Thermal Insulation Composite Systems (ETICS); Computational fluid dynamics; Fire simulation; Fire dynamics simulator (FDS); Pyrosim

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την υπολογιστική προσομοίωση ανάπτυξης πυρκαγιάς σύμφωνα με τη Σουηδική μέθοδο δοκιμών πυρκαγιάς SP FIRE 105. Συγκεκριμένα, προσομοιώνεται η ανάπτυξη της πυρκαγιάς σε ένα διαμέρισμα, η οποία εξέρχεται από ένα ανοικτό παράθυρο και διαδίδεται στον εξωτερικό τοίχο τριόροφου κτιρίου που περιβάλλεται από κάποιο είδος θερμοπρόσοψης. Βασικό εργαλείο για την υλοποίηση του συγκεκριμένου έργου αποτελεί το γραφικό περιβάλλον του Pyrosim, το οποίο χρησιμοποιεί το λογισμικό ανοιχτού κώδικα FDS (Fire Dynamics Simulator) και το Autodesk Revit με το οποίο θα σχεδιασθεί η κατασκευή. Η αριθμητική επίλυση του προβλήματος πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το Pyrosim 2021.4.1201, το οποίο χρησιμοποιεί το FDS έκδοσης 6.7.6. Για την υπολογιστική ανάλυση χρησιμοποιήθηκε το πλέγμα των 0.1m. Αρχικά, προηγήθηκε σύγκριση με πλέγματα των 0.15m και 0.2m. Γενικά, συνιστάται αποφυγή χρήσης του πλέγματος των 0.2 m εξαιτίας της μεγάλης απόκλισής του με τα υπόλοιπα δύο. Τα 0.15 m και 0.1 m παρέχουν ικανοποιητική ομοιότητα τιμών με μερικές αποκλίσεις κυρίως εντός του δωματίου καύσης και κοντά στη φωτιά γενικότερα. Για αξιόπιστα αποτελέσματα, κυρίως κοντά στη φωτιά, ενδέχεται να απαιτείται ο λόγος D*/δx να ισούται από 30 και πάνω, λόγω της λεπτομέρειας που απαιτείται για να προσομοιωθεί η πυρκαγιά, παρόλο που ο γενικότερα προτεινόμενος λόγος είναι μεταξύ 4-16, καθώς αυτές οι τιμές έχουν δείξει ότι δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα από άποψη ακρίβειας και συνολικού χρόνου προσομοίωσης. Στο συγκεκριμένο πρόβλημα χρησιμοποιείται θερμοπρόσοψη διογκωμένης πολυστερίνης και θερμοπρόσοψη πετροβάμβακα. Έχουν τοποθετηθεί θερμοζεύγη και θερμόμετρα πλάκας για τη μέτρηση της θερμοκρασίας μπροστά από την πρόσοψη στο δωμάτιο καύσης και σε άλλα σημεία ενδιαφέροντος. Επίσης, διεξάχθηκαν μετρήσεις για την ταχύτητα των αερίων, τη διαθεσιμότητα του οξυγόνου, το ρυθμό έκλυσης θερμότητας και για τη θερμική ροή. Η σύγκρισή τους έδειξε πως ο πετροβάμβακας αναπτύσσει υψηλότερες θερμοκρασίες, το οποίο λογικά οφείλεται στο μεγαλύτερο συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Η διογκωμένη πολυστερίνη παρουσιάζει υψηλότερες τιμές μετρήσεων θερμικών ροών λόγω διαφορετικού συντελεστή εκπομπής και θερμοκρασίας επιφάνειας. Η αύξηση της θερμοκρασίας επιφάνειας είχε μεγαλύτερο αντίκτυπο από την αύξηση του συντελεστή εκπομπής για τον πετροβάμβακα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση με αύξηση του ρυθμού παραγωγής θερμότητας κατά 1000 kW. Όπως ήταν αναμενόμενο, παρατηρήθηκε αύξηση σε όλες τις μετρούμενες τιμές με εντονότερες αυξήσεις στο δωμάτιο καύσης, κοντά στη φωτιά. Υπάρχουν τεράστιες δυνατότητες του FDS για την πρόβλεψη ρεαλιστικών αποτελεσμάτων σεναρίων πυρκαγιάς, χρησιμοποιώντας μόνο ένα σύνολο παραμέτρων εισόδου που καθορίζονται από τον χρήστη και πρόσβαση σε μια αξιόπιστη υπολογιστική ισχύ. Παράλληλα, απαιτούνται ένας ειδήμων χρήστης του προγράμματος και ακριβείς πληροφορίες εισόδου εξαιτίας της ευαισθησίας του, και ποικίλων παραμέτρων και αβεβαιοτήτων υπολογισμών. Το FDS αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο προσομοιώσεων φαινομένων της φωτιάς και σε συνδυασμό με πειραματικά αποτελέσματα μπορεί να αποτελέσει ακρογωνιαίο λίθο για τη μελέτη και την πρόβλεψη εξειδικευμένων καταστάσεων.