Zastosowanie numerycznej mechaniki płynów CFD do modelowania zabezpieczania pomieszczeń stałymi urządzeniami gaśniczymi gazowymi

• Autorzy: Boroń S. , Kubica P.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.42.2.2016.16

Warianty tytułu

EN

Application of Computational Fluid Dynamics CFD for Modeling of Protection of Premises by Fixed Gaseous Extinguishing System

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: W artykule podjęto problem bezpieczeństwa pożarowego pomieszczeń chronionych instalacją stałych urządzeń gaśniczych gazowych. Zwiększenie precyzji i wiarygodności modelowania procesu gaszenia gazem gaśniczym można osiągnąć poprzez zastosowanie metod numerycznej mechaniki płynów CFD przy wykorzystaniu oprogramowania ANSYS FLUENT. Celem badań było opracowanie modelu numerycznego CFD wypływu gazu gaśniczego z przestrzeni chronionej i zbadanie z jego pomocą skuteczności gaśniczej określonych typów gazów. Projekt i metody: W artykule przedstawiono propozycję numerycznego modelu przepływu gazu gaśniczego przez pomieszczenie. Zawarto także opis badań eksperymentalnych i obliczeń analitycznych przeprowadzonych w celu jego walidacji. Wskazano na przykłady praktycznego wykorzystania opracowanego modelu CFD do symulacji, których wyniki mogą wspomagać projektowanie stałych urządzeń gaśniczych gazowych. Wyniki: Analiza porównawcza zebranych wyników symulacji pozwoliła wskazać model Standard k- ε jako model zapewniający największą zbieżność wyników z wynikami badań w skali rzeczywistej. Wartości czasu retencji uzyskane w drodze symulacji były bliższe wynikom rzeczywistym w porównaniu z wartościami otrzymanymi na podstawie obliczeń przeprowadzonych z wykorzystaniem modelu normowego. Wnioski: Modelowanie CFD umożliwia poddanie analizie mechanizmu przepływu gazu przez pomieszczenie z większą dokładnością niż dotychczas stosowane modele. Pozwala to na optymalizację doboru rodzaju oraz ilości gazu gaśniczego z uwagi na czas retencji. Dobór gazu gaśniczego o gęstości mieszaniny zbliżonej do gęstości powietrza daje możliwość uzyskania czasu retencji przekraczającego czas retencji otrzymany w przypadku zastosowania gazów wskazanych w obowiązujących normach. Zastosowanie modelowania CFD umożliwia prowadzenie badań przy wykorzystaniu przestrzeni wirtualnej, eliminując przy tym niebezpieczeństwo związane z prowadzeniem prac pomiarowych stanowiących zagrożenie dla ludzi oraz redukuje koszty finansowe związane z wyładowaniem gazu.

EN

Aim: The problem of fire safety of areas protected by fixed gaseous extinguishing system is discussed. Increasing the accuracy and reliability of the modeling of gas extinguishing process can be achieved by using methods of computational fluid dynamics CFD using ANSYS FLUENT software. The aim of the study was to develop a numerical CFD model of extinguishing gas flow of the protected space and to examine the extinguishing effectiveness of particular type of norm gases and newly proposed extinguishing gas mixtures with a density similar to the density of air, which significantly limited the phenomenon of outflow of gas from the room and allowed to get longer retention times. Project and methods: The paper proposes a numerical model of extinguishing gas flow through the room which was developed using ANSYS Fluent program, the description of experimental researches carried out in real scale and analytical calculations based on the norm model of gas flow through the room carried out to validate the created CFD model. Examples of practical use of CFD model for simulation, results of which can provide information to support the design of fixed gaseous extinguishing systems were presented. Results: On the basis of a comparative analysis of the collected simulation results model Standard k-ε was indicated as a model that provides the greatest convergence of test results in real scale. Retention times obtained by the computer simulation were closer to real scale results than the retention times obtained on the basis of calculation using the norm wide interface model. Conslusions: The use of CFD modeling allows to review the mechanism of gas flow through the room with greater accuracy than previously used models. This allows for optimal selection of the type and amount of extinguishing gas due to the retention time. Selection of extinguishing gas with the mixture density similar to air density, makes it possible to obtain a retention time exceeding the retention time of the gases specified in the applicable standards. The use of CFD modeling allows to conduct research using virtual space, eliminating the danger related to measurement process posing a threat to humans and reduce financial costs associated with the discharge of extinguishing gas.

Słowa kluczowe

PL

stałe urządzenie gaśnicze gazowe; gaz obojętny; czyste środki gaśnicze; czas retencji; model przepływu gazu przez pomieszczenie; numeryczna mechanika płynów; CFD

EN

fixed gaseous extinguishing system; inert gases; clean extinguishing agents; retention time; model of gas flow through the room; computational fluid dynamics; CFD

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 42, nr 2
• Strony: 151--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boroń S.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej w Warszawie

autor

Kubica P.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej w Warszawie

Bibliografia

• [1] ISO 14520 - 1 Gaseous fire-extinguishing systems - Physical properties and system design - Part 1: General requirements.
• [2] NFPA 2001: Standard On Clean Agent Fire Extinguishing Systems, Edition 2012.
• [3] PN EN 15004-1:2008 Stałe urządzenia gaśnicze - Urządzenia gaśnicze gazowe - Część 1: Ogólne wymagania dotyczące projektowania i instalowania.
• [4] Oprogramowanie ANSYS Fluent – informacja na stronie internetowej producenta, www.fluent.com [dostęp: 20.04.2016].
• [5] Kubica P., Czas retencji gazów gaśniczych w aspekcie bezpieczeństwa pożarowego pomieszczeń, rozprawa doktorska, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2014.
• [6] Wnęk W., Kubica P., Distribution of oxygen concentration during fire suppression in closed spaces with inert gases, “Przemysł Chemiczny” nr 9, 2014.
• [7] Wnęk W., Kubica P., Analiza rozkładu stężeń tlenu podczas gaszenia pomieszczenia azotem, przy wymuszonych ruchach powietrza, BiTP Vol. 24 Issue 4, 2011, pp. 65-79.
• [8] Launder B.E., Spalding D.B., Lectures In Mathematical Models of Turbulence, Academic Press, London 1972.
• [9] Chow T.T., Development Trends in Building Services Engineering, University of Hong Kong Press, Hong Kong 2009.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.