Evaluation of the fire extinguishing effectiveness of sprinklers in fires of selected flammable materials using computer simulation method

• Autorzy: Gałaj Jerzy , Smerdel Bartosz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2865

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main objective of this study was to analyse the feasibility of using PyroSim software to evaluate the extinguishing effectiveness of sprinklers in case of fires involving selected combustible materials, which are often found in modern interiors, such as polyurethane and pinewood. To perform numerical calculations, a geometric model of the computational domain, consisting of a selected room and its furnishings located at the Military University of Technology in Warsaw, was established. This model was parameterised and four thermocouples and two sprinklers were deployed. A numerical model of the combustion reaction of the selected combustible materials was also developed. This model was used to conduct numerical analyses for two selected sprinkler models from The Viking Corporation, Model M, and Grinnell, Model A. HRR fire rate curves, the total heat release curves, and the smoke distributions at 10, 20, 40, and 60 seconds of the fire duration, as well as the room temperature curves at 10, 30, and 60 second were obtained during simulation studies. Furthermore, also presented were the temperaturę curves recorded by the four thermocouples. Analyses of the obtained results enabled the assessment of the extinguishing effectiveness of the selected sprinklers and their impact on the combustion process of selected materials, and thus on the development and spread of fire hazards such as smoke and thermal impact. Based on the analysis, several conclusions have been formulated. It was found that both sprinklers used did not provide complete control of smoke spread, and that the Grinnell sprinklers were more effective in reducing temperature and overall heat release than the Viking sprinklers. Comparing the total heat released after 60 seconds, the Grinnell sprinklers were found to be approximately 40% more efficient than the Viking sprinklers. This is further confirmed by the fact that the maximum temperature recorded by thermocouple No. 1 was approximately 120°C lower during polyurethane combustion and approximately 150°C lower during pine wood combustion for the Grinnell sprinklers. This results from their faster activation due to their lower temperature threshold (57°C for the Grinnell and 68°C for the Viking) and the activation of two sprinklers rather than one within the assumed simulation window. Therefore, it is recommended to use the Grinnell model in situations requiring rapid and effective temperature control.

Słowa kluczowe

EN

internal fire; PyroSim; extinguishing efficiency; sprinklers; CFD technology

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2025
• Tom: Nr 95 (tom 1)
• Strony: 89--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gałaj Jerzy

• Fire University, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1509-6733

autor

Smerdel Bartosz

• student of Fire University, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Guzewski, P., Wróblewski, D., Małozięć, D., (2016). Czynniki narażenia podczas pożarów, Czerwona księga pożarów. Vol. 1. Józefów: CNBOP-PIB.
• [2] https://pl.wikipedia.org/wiki/Poliuretany [08.08.2024].
• [3] https://penny.pl/porady/sosna-najpopularniejsze-drzewo-w-polsce/ [29.07.2024].
• [4] Jasztal, M., Jaskółowski, W., Omen, Ł., Kowalski, M., (2020). Badania bezpieczeństwa infrastruktury krytycznej w warunkach oddziaływania pożaru, sprawozdanie z realizacji pracy badawczej UGB 22-771, Warsaw.
• [5] Hurley, M.J., (2016). SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. New York: Springer.
• [6] Kostrzewa, S., (2015). Zastosowanie zaawansowanych metod inżynierskich w procesie projektowania bezpieczeństwa pożarowego obiektów na przykładzie programu PyroSim. Częstochowa: Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie.
• [7] Krakowiak, M., (2017). Warunki sprawnej i skutecznej ewakuacji, Analiza zagrożeń podstawą funkcjonowania współczesnej organizacji, Monografie No. 71. Częstochowa: Wydawnictwo Wydziału Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej.
• [8] Krasuski, A., Krauze, A., (2020). Symulacje komputerowe z wykorzystaniem zaawansowanych modeli numerycznych pirolizy i gaszenia wodą. Zeszyty Naukowe SGSP, 74(2), pp. 7–26.
• [9] Krauze, A., (2019). Komputerowe modele rozprzestrzeniania się płomieni i gaszenia wodą, w ocenie skutków rozwoju pożaru oraz skuteczności działania instalacji tryskaczowej. Zeszyty Naukowe SGSP, 72(4), pp. 45–54.
• [10] McGrattan, K., Hostikka, S., McDermott, R., Floyd, J., Vanella, M., (2018). NIST Special Publication 1019 Sixth Edition. Fire Dynamics Simulator User’s Guide, June.
• [11] Pawłucki, M., Kryś, M., (2020). CFD dla inżynierów Praktyczne ćwiczenia na przykładnie systemu ANSYS Fluent. Gliwice: Helion.
• [12] Prauzner, T., (2014). Wizualizacja zagrożeń na podstawie oprogramowania komputerowego PyroSim, Trendy ve vzdelavani 2014, Informacni a komunikacni technologie ve vzdelavani, pp. 256–259.
• [13] Prauzner, T., Kostrzewa, S., (2018). Analiza porównawcza wyników badań opartych na symulacji pożaru w programie PyroSim. Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, vol. VI, pp. 383–397.
• [14] Smardz, P., Paliszek-Saładyga, J., (2008). Zalecenia dotyczące prawidłowego stosowania modelu CFD w symulacjach pożarowych dla programu fire dynamics simulator https://www.inbepo.pl/wpcontent/uploads/2008/07/CFD_zasady_modelowania.pdf-. [25.09.2021]
• [15] Sosnowski, M., Grabowska, K., (2015). Analiza numeryczna wpływu materiału palnego na pole temperatury podczas pożaru. Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, III, pp. 237–244.
• [16] STIGO Sp. z o.o. Sp. k, (2011). PyroSim Instrukcja obsługi, ver. 2011.1, http://ktcad.nazwa.pl/pliki_do_pobrania/pliki_ze_strony_PyroSim/PyroSim_Instrukcja_obslugi_PL.pdf.
• [17] Tajaddod, H., Heidarinejad, G., Safarzadeh, M., (2025). Evaluating fire gas spread in multi-story buildings: A numerical analysis of sprinkler systems in shield fire conditions. International Communications in Heat and Mass Transfer, 162, 108630.
• [18] Wawerek, M., (2011). Badanie wpływu konstrukcji deflektora tryskacza na parametry strumienia rozpylonego. Warsaw: SGSP.
• [19] Wendt, J.W., (2009). Obliczeniowa dynamika płynów. Berlin, Heidelberg: Springer. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/978-3-540-85056-4.pdf.
• [20] VdS CEA 4001:2010 Richtlinien für Sprinkleranlagen. Planung und Einbau.
• [21] Yu, H.Z., Lee, J.L., Kung, H., & Brown, W.R. (1994). Suppression Of Rack-storage Fires By Water. Fire Safety Science, 4, 901–912.
• [22] Zhang, L., Zhuang, X., An, J., Li, H., Zheng, D., Yu, N., (2025). The effect of sprinkler and smoke barrier facilities on fire evacuation in apartment buildings. Journal of Building Engineering, 111, 113224.