Программное обеспечение FDS для полевой модели: анализ чувствительности, PyroSim и Flammer

Уральский Институт ГПС МЧС России

Материалы учебного семинара

«РАСЧЕТ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПОЖАРНОГО РИСКА ДЛЯ

ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ»

Екатеринбург 19-21 мая 2009 года

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ.

АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ.

PyroSim и Фламмер

Контарь Надежда Александровна

Инженер, ООО «Ситис»

В данном докладе мы поговорим о программе FDS, реализующей полевую модель тепломассопереноса при пожаре, приведем краткое описание программы, поговорим о ва лидации и рассмотрим примеры использования FDS для расчета блокирования путей эвакуации опасными факторами.

Полевая модель

Моделирование динамики развития ОФП

Сначала пару слов о собственно полевой модели.

В отличие от интегральной модели,

Интегральные Зонные Полевые модели модели модели в которой предполагается возможность усреднения по объему и от зонной модели, в которой необходимо заранее

Достоинства: определять зоны, в полевой модели нет

-Нет необходимости выдвигать предположения о структуре потока необходимости заранее выдвигать

-Возможность достижения высокой точности предположения о поведении газовой результатов среды. Расчетная область механически

Недостатки: разбивается на ячейки, размеры и форма

-Сложность построения модели которых определяются расчетной

-Длительность расчетов

-Необходимость точных входных данных программой, необходимой точностью, наличием вычислительных ресурсов – то

Рис.15.1. Полевая модель.

есть внешними факторами, а не

внутренними требованиями модели. На заданной сетке решается система уравнений, которая опи сывает модель, и в качестве выходных данных мы получаем поля значений: температур, плотно стей, концентрации газов. Поведение газовой среды мы узнаем уже после расчетов. Благодаря от сутствию предположений о поведении газовой среды, моделирование можно детализировать вплоть до высокого уровня, вплоть до того, что можно моделировать химические реакции. Но, как часто бывает, достоинства оборачиваются недостатками (рис.15.1). Точность полевой модели име ет следующие недостатки:

• во-первых, сложность построения как расчетных программ, так и модели,

• во-вторых, полевая модель связана с высокими вычислительными затратами,

• в-третьих, для точной модели требуются точные входные данные и в первую очередь, данные о пожарной нагрузке, которые зачастую отсутствуют.

Какая обычно имеется информация о пожарной нагрузке? Параметры нагрузки, взятые из базы данных Кошмарова; количество пожарной нагрузки (МДж/м²). Понятно, что эти данные очень приблизительные, и они существенно загрубляют модель. Зачем я заостряю на этом внима ние? Чтобы подчеркнуть, что при моделировании необходимо оценивать детализированность

входных данных. С таким инструментом как FDS всегда есть соблазн описать моделируемый объ ект во всех деталях: с высокой точностью описать химические реакции, задать многослойные кон струкции, подобрать точные параметры спринклеров - однако караван движется со скоростью са мого медленного верблюда, и нет смысла тратить силы и вычислительные ресурсы на создание чрезмерно подробной модели, в то время как данные о пожарной нагрузке крайне приблизитель ные.

Теперь о самой модели.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Модель FDS (Fire Dynamic Simulation)

• Разработана Лабораторией строительных и пожарных исследований Национального ин ститута стандартов и технологии США.

• Реализует полевую модель расчета тепломассопереноса при пожаре.

• Первая версия официально была выпущена в феврале 2000 года. Программа постоянно развивалась, дополнялась, в 2007 году выпущена уже пятая версия.

• В развитии и валидации модели принимали участие сотрудники Комиссии по ядерному регулированию США (NRC), Центра научно-технических исследований Финляндии (VTT), Обще ства инженеров по пожарной безопасности (SFPE) и др.

• Программа FDS имеет открытый код и распространяется бесплатно, любой пользова тель имеет возможность программу дописывать, модифицировать.

Математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравнений в част ных производных, которые описывают уравнения законов сохранения массы, момент импульса, энергии. Тепловое излучение рассчитывается методом конечных объемов.

Основные зависимости

Закон сохранения массы:

Закон сохранения момента импуль- са:

Закон сохранения энергии:

Уравнение состояния газа:

Модель очень подробно и хорошо описана в техническом руководстве к FDS, поэтому за держиваться на ней не буду.

Но один момент упомянуть все-таки нужно, это моделирование турбулентности, поскольку одна из самых главных проблем, это моделирование турбулентности.

Моделирование турбулентности

FDS предлагает два метода решения этой задачи:

1. DNS (Direct Numerical Simulation) прямое численное моделирование

• Сетка достаточно мелкая (менее 1 мм) для прямого решения уравнений турбулентности

• Прямое использование u, k и D

• Модель горения – реакции конечной скорости

Прямое численное моделирование используется, когда разрешения сетки хватает на то, что бы турбулентность могла быть решена непосредственно на этой сетке. В этом случае в расчете участвуют истинные значении диссипативных параметров: теплопроводности, диффузивности, вязкости - и выполняется прямой расчет.

Но для практических задач используется обычно второй метод..

2. LES (Large Eddy Simulation) масштабное моделирование вихря

• Масштабы диссипативных процессов меньше заданной сетки

• Параметры u, k и D заменяются выражениями, моделирующими их воздействие

• Модель горения – доля в смеси

В этом случае сетка крупнее масштабов имеющихся диссипативных процессов. Поэтому па раметры теплопроводности, диффузивности задаются выражениями, моделирующими их воздей ствие.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Валидация

Для любой модели всегда очень актуален вопрос, насколько она имеет отношение к реально сти и каким образом она с реальностью соотносится. Понимая это, НИСТ тратит много времени и

сил на валидацию модели FDS, на доказательство соответствия экспериментальным данным. Ни же приведен далеко не полный список институтов и лабораторий, проводящих испытания, кото рые потом использовались для валидации моделей FDS.

•   Национальное бюро стандартов США (NBS)
•   Центр научно-технических исследований Финляндии (VTT)
•   Национальный научно-исследовательский совет США (NRC)
•   Национальный институт стандартов и технологий США (NIST)
•   Научно-исследовательское общество «Factory Mutual Research Corporation (FMRC)»
•   Лаборатория FM
•   Страховая лаборатория (UL) в Northbrook, Иллинойс.
•   Морская исследовательская лаборатория, Батимор, Мэриленд
•   Университет в Ольстере, Северная Ирландия.
•   Национальный институт промышленной экологии и рисков во Франции (INERIS)

Для каждого релиза программы НИСТ издает документ о валидации с описанием стендов, экспериментов и подробным описанием результатов. Далее несколько примеров валидации.

Графики построены следующим образом: по оси абсцисс отложены измеренные в экспери ментах результаты, по оси ординат – значения, рассчитанные в FDS. Если бы модель в точности совпадала с экспериментом, то значения располагались бы по биссектрисе угла. Пунктирными ли ниями обозначены пределы экспериментальной погрешности. Если значения находятся в пределах этого сектора, значит, модель рассчитывает с той точностью, с которой производят эксперимент.

1. Температура и глубина слоя горячих газов. Прогнозы находятся в основном в пределах

Рис.15.2. Валидация: температура.

экспериментальной погрешности (рис.15.2).

На рисунке 15.2 мы видим температуру и глубину слоя горячих газов. Измерения произво дятся следующим образом: создается дерево термопар с определенным шагом по высоте, снима ются показания, затем результаты приводятся к двухзонной модели: выделяется слой горячих га зов, определяется его глубина и температура. По нескольким экспериментам видно, что значения температуры находится в пределах экспериментальной погрешности.

2. Температура припотолочной струи. Прогнозы находятся в основном в пределах экс периментальной погрешности (рис.15.3).

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Рис.15.3. Валидация: температура припотолочной струи и высота пламени.

Здесь уже без усреднений, непосредственно, как в эксперименте, так и в модели, размеща ются термопары в районе потолка. Опять же видно, что в пределах экспериментальной погрешно сти находится результат измерений высоте пламени. Экспериментов всего два, потому что этот параметр достаточно сложный для измерения. По ним можно сделать вывод, что FDS немного за вышает высоту пламени.

3. Концентрация газов (рис.15.4).

Далее, очень важным вопросом является описание газовых параметров среды.

Рис.15.4. Валидация: концентрация газа.

Результаты расчета концентрации газов различаются в зависимости от условий вентиляции. В хорошо вентилируемых помещениях предсказания газов: угарного, углекислого, кислорода, находятся в пределах экспериментальной погрешности. В плохо вентилируемых случаях, предсказание угарного газа завышается, предсказание кислорода занижается. Получается «ухудшенный»

результат по сравнению с реальным.

4. Концентрация дыма (рис.15.5).

Результаты также зависят от условий вен тиляции. При испытаниях в стенде, открытом в окружающее пространство, прогнозируемые значения концентрации дыма примерно на 50% больше экспериментальных, но, в целом, ле-

Рис.15.5. Валидация: концентрация дыма.

жат в пределах экспериментальных погрешностей. В испытаниях в изолированном

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

стенде прогнозируемые значения почти в три раза превышают экспериментальные

5. Тепловой поток. На рисунке 15.6 два графика с двумя сериями экспериментов, в зави-

Рис.15.6. Валидация: тепловой поток.

симости от расположения датчиков в различных местах. Значения в основном лежат в пределах экспериментальной погрешности.

Область использования FDS

Полевая модель FDS может быть использована для решения широкого спектра научных и прикладных задач:

• Расчет распространения ОФП

• Проектирование систем управления дымом и изучения активации спринклеров и детек торов

• Расчет огнестойкости конструкций

• Восстановления картины пожара в жилых и промышленных помещениях

• Изучение фундаментальных процессов при пожаре

Для расчетов огнестойкости конструкций FDS может использоваться с некоторыми оговор ками, так как в программе реализована только одномерная теплопроводность. Мы можем рассчи тывать огнестойкость стен, а вот с огнестойкостью колонн, то есть там, где требуется двухмерная теплопроводность, уже сложнее.

Требования к ресурсам

Как и любая полевая модель, FDS требуют некоторых расчетных мощностей: частота про цессора не менее 1 ГГц, оперативной памяти не меньше 512 Мб. Все эти цифры есть в рекоменда циях. Частота процессора определяет продолжительность вычислений, объем оперативной памяти определяет количество ячеек сетки, которую может обрабатывать компьютер. При выборе жестко го диска необходимо учитывать, что расчет может занимать несколько гигабайт. Для работы с программой Smokeview (программа для визуализации результатов расчета) необходима видеокар та, для параллельных вычислений необходим MPI. FDS существует в версиях для различных опе рационных систем.

Расчет в FDS

Рассмотрим пример расчета в FDS: как стро ится модель и как с ней работать. Внешний вид модели приведен на рисунке 15.7. Понятно, что такая модель не обязывает нас использовать FDS, для расчета вполне хватает зонной модели, но она не выходит за рамки применения полевой модели.

Какую мы себе ставим цель расчета?

Цели:

1. Выполнить расчет времени блокирования путей эвакуации.

2. Определить время достижения опасными факторами пожара высоты рабочей зоны 1,7 м.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Рис.15.7. Внешний вид модели.

3. Сделать вывод о блокировании путей эвакуации.

Сама программа FDS имеет не слишком удобный интерфейс, входные данные для нее запи сываются определенным образом в текстовый файл, поэтому для наглядности воспользуемся предпроцессором PyroSim, который позволяет более удобно задавать геометрию и упорядочивает параметры. Для постобработки будем использовать программу Фламмер.

Что нужно задать в модели для расчета:

• геометрию модели,

• сетку, на которой будет выполнен расчет,

• поверхности и материалы,

• источник пожара;

• выходные данные.

Способы построения геометрии

Есть несколько способов задать геометрию:

1. Импорт DXF файла из

AutoCAD (рис.15.8). Импортируются все возможные объекты из , линии и поверхности AutoCAD. Задаем несколько параметров: толщину, высоту стены. Плюсы подобного способа задания геометрии в том, что модель получается наглядной, импортируемая модель легко соотносится с планом здания, все достаточно быстро и удобно.

Минусы:

• Чертеж все-таки необходимо подготовить, иногда это занимает не меньше времени, чем построение геометрии непосредственно в программе,

Рис.15.8. Задание геометрии. Способ 1. Импорт dxf.

• Могут возникнуть неудобства при работе с сетками.

2. Рисование по подложке (рис.15.9).

Подложка - графический файл, который можно также импортировать из AutoCAD.

Затем с помощью инструментов рисования можно задать стены, проемы и другие объекты.

Программа позволяет разбить модель на несколько этажей по высоте и для каждого этажа загрузить свою

Рис.15.9. Задание геометрии. Способ 2. Рисование по подложке.

подложку.

3. Использование сеток

(рис.15.10). Сетка, кроме того, что на ней будут производиться расчеты, также может ограничивать геометрию.

Чем удобен такой способ? Он позволяет не включать в модель ниче го лишнего. В предыдущих случаях сетка будет охватывать весь объект целиком, при этом в расчет будут

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Рис.15.10. Задание геометрии. Способ 3. Сетки.

включены довольно большие пустые области, которые в моделировании не участвуют, но при этом потребляют вычислительные ресурсы.

У сетки есть следующие параметры: минимальное и максимальное значение по каждой оси координат, количество ячеек по каждой оси координат. Программа рассчитывает размер ячеек, проверяет соотношение размеров ячеек, определяет количество ячеек в сетке. FDS не допускает нестыковки сеток, когда узлы ячеек не совпадают между собой, а также эффективность количест ва ячеек (предпочтительнее, чтобы количество ячеек было кратно двум, трем и пяти).

Вот мы видим результат

(рис.15.11). У нас ясная, простая модель. Внешние границы сеток твердые, но на стыке двух сеток остается открытая граница, так что нам осталось задать всего три стены.

Если бы мы описывали расчетные домены просто вокруг объекта, то окна могли бы задавать таким же спосо бом, как и двери, то есть как отверстия в стенах. Но, поскольку граница помещений является и границей расчетного домена, нам придется пойти на неко торую хитрость.

Рис.15.11. Задание геометрии. Окна (VENT). Мы будем использовать вентиляционные отверстия, присвоим им поверхность «open» (открытая граница, выходящая во внешнюю среду, которая не моделируется в расчете, но, тем не менее, учитывается). Vent представляет собой плоский объект, в отличии от препятствия, которое является трехмерным объектом. Вентиляционное отверстие должно прилегать к какому-нибудь твердому объекту. Ему, так же как и препятствию, присваива ется значение поверхности.

Поверхности

Теперь подробнее поговорим о поверхностях.

Что собой представляют поверхности? Это граничные условия. Они могут быть применены к препятствию или к вентиляционному от верстию. Рассмотрим приме ры поверхностей.

«Нагреватель / охлади тель» может использоваться, например, для моделирования систем отопления. Можно задать температуру поверхно сти, или тепловой поток с по верхности, можно задать, ка ким образом эти параметры изменяются. По умолчанию в

FDS параметры постоянные и

Рис.15.12. Поверхности и материалы. достигают своего заданного значения за 1с. Есть несколь ко способов изменения параметров: по гиперболическому тангенсу, по квадратичному закону и специальный, табличный способ с помощью кусочно-линейной функции.

Скоростные граничные условия: «Приток», «Выпуск» и «Вентилятор». С помощью скоро стных условий можно моделировать механическую вентиляцию. Для «притока» задаются пара метры потока: скорость, либо объемный поток через поверхность, либо массовый поток. Можно задать массовый поток каких-то отдельных видов газов. Время изменения задается аналогично

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

температуре. Также можно задавать температуру поступающего газа. Для скоростных граничных условий «вентилятор» и «выпуск» параметры те же самые, кроме выпускаемых газов (что есть в домене, то и будет выходить наружу).

Последнее граничное условие – «многослойный материал» - описывает материал из не скольких слоев. Ему можно задать начальную температуру, изменения температуры, свойства ма териалов. Также могут определяться параметры реакции горения.

Материалы

Для материалов задаются свойства: плотность, теплоемкость, теплопроводность, коэффици ент поглощения. Могут задаваться реакции для материалов. Параметры могут изменяться в зави симости от температуры, в этом случае задается температура и значение параметра при данной температуре. Можно задавать вступление материала в реакции, энергию активации для определе ния скорости реакций. То есть материалы можно моделировать достаточно точно.

Источник пожара

И теперь перейдем к описанию источника пожара. В моделировании пожаров это один из

ключевых моментов. Какие допущения мы делаем обычно? В нашей модели источник пожара бу дет занимать все помещение. Это не значит, что весь пол в помещении вдруг загорится. Мы огра ничиваем горение, куда может распространиться пламя. Если мы хотим, мы можем задать про должение источника горения в коридоре и дальше. Но обычно все-таки выбираются границы ис точника пожара, горение начинается в центре источника и распространяется радиально. При нача ле горения в центре источника мощность будет развиваться максимально быстро. Параметры ис точника обычно выбираются из базы данных Кошмарова, но если есть какие-то другие источники для определения таких параметров, как низшая теплота сгорания, удельная скорость выгорания, скорость распространения пламени,

Параметр Обозна- Единица Значение чение измерения параметра газовые параметры, то можно поль-

Низшая теплота сгорания Hf МДж/кг 14,7 зоваться ими (рис.15.13). Поскольку

Линейная скорость рас- v м/с 0,0108 геометрия регулярная, источник бу пространения пламени

Удельная массовая ско- ψ кг/м2с 0,0145 дет квадратный, прямоугольный, мы рость выгорания задаем удельную скорость тепловы-

Дымообразующая спо- Dm Нпм2/кг 82 деления с единицы поверхности, и собность отдельно скорость распространения

Потребление кислорода Lo2 кг/кг 1,437

Выделение углекислого Lco2 кг/кг 1,285 пламени, а программа уже моделиру газа ет это развитие. Кроме того, про-

Выделение угарного газа Lco кг/кг 0,0022 грамма учитывает наличие доступно-

Коэффициент полноты η 0,93 го кислорода, средства пожаротуше сгорания

Рис.15.13. Источник пожара. Определение параметров. ния, т.е. в результате построения гра фика могут возникать существенные отклонения. Если пожар регулируется вентиляцией, или если мы включили средства пожаротуше ния, то мощность пожара может уменьшаться.

Что необходимо записать в программе, чтобы задать источник пожара?

1. Поверхность горения, то есть граничные условия.

2. Источник пожара.

3. Реакции горения.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Сначала описываем гранич ные условия. Можно задать ско рость тепловыделения либо массо вую скорость выгорания, можно прописать просто закон изменения скорости тепловыделения. Затем с помощью, как раз VENTа, венти ляционного отверстия, задаем ис точник пожара. Он находится в плоскости пола и имеет опреде ленные размеры, задаем скорость распространения пламени. Далее нужно прописать реакции, то ка ким образом нагрузка будет го-

Рис.15.14. Источник пожара. Определение параметров. реть. Предполагается, по умолча нию, что горит углеводное топли во, но можно задавать и другие варианты, прописывая химическую формулу. Задаются параметры такие, как потребление кислорода, выделение продуктов горения. Если мы используем моделиро вание пожаротушения, то должны прописать параметры подавления горения, то есть при каком содержании кислорода и снижении температуры горение будет подавляться. Если мы не хотим моделировать пожаротушение, то эту опцию можно отключить. Далее описываются продукты го рения, задается теплота реакции, задается количество выделяемого СО и сажи, прописываются параметры: максимальная дальность видимости, коэффициент видимости, в зависимости от усло вий освещения (рис.15.14).

Выходные данные

Далее необходимо задать выходные данные. То, что не было задано перед началом расчета, рассчитано не будет. Самые часто используемые выходные данные в FDS :

Рис.15.15. Выходные данные. Плоскости.

• Плоскости (рис.15.15). Это срез домена по какой-то плоскости, в которой можно будет потом посмотреть поля выбранных параметров. На рисунке показана температура в плоскости z=1,7, т.е. на уровне рабочей зоны.

• Граничные данные (рис.15.16), то есть значение выбранных параметров на всех твердых поверхностях. Тепловой поток хорошо смотреть именно таким способом

(рис.15.17). Но здесь нужно быть осто рожным, поскольку это затрудняет работу, загружает вычисления. Поэтому лишние параметры сюда прописывать чревато.

Рис.15.16. Выходные данные. Граничные данные. Рис.15.17. Граничные данные.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Рис.15.18. Выходные данные. Изоповерхности.

• Изоповерхности (рис.15.18). В этом случае выбирается не только параметр, но и его значение, и можно увидеть, как распространяется изоповерхность этого параметра. Допустим, за дать критическое значение температуры, видимости, и посмотреть, как это выглядит. Это не слишком информативно, больше существует для визуализации.

• Датчики и измерители (рис.15.19). На самом деле датчики и измерители это не только выходные данные в FDS.

У них три функции:

1. Во-первых, собственно из мерители, с их помощью можно по лучить точечные, либо какие-то еще значения.

2. Далее, датчики работают для управления объектами, то есть можно задать открытие или закрытие двери, исчезновение, или появление какого-то объекта. FDS позволяет прописывать сложные логические схемы, поэтому поведением объектов можно достаточно гибко управлять.

Допустим, при определенной темпе ратуре, дверь прогорела, или в какой то момент времени открылось окно.

3. И третий вариант использо вания датчиков – спринклеры.

Рис.15.19. Выходные данные. Датчики и измерители. Выходные данные записываются в виде таблицы в зависимости от вре мени.

Расчет

Теперь осталось задать некоторые общие параметры и запустить расчет (рис.15.20). Во первых, необходимо задать время моделирования (по умолчанию 10 секунд), далее - частоту за писи выходных файлов (чтобы не перегружать программу, т.е. если данные нужны каждые 10 се кунд, нет смысла переписывать файл каждую секунду)

Далее можно задать параметры окружающей среды, если они отличаются от стандартных. И, наконец, запустить расчет.

И вот расчет выполнен. Но кроме того, что мы полюбовались на красивые картинки, нам те перь нужно получить численные данные, узнать точное время блокирования путей эвакуации, сделать отчет.

Мы воспользуемся программой Фламмер, которая ориентирована как раз на постобработку

данных. У нее есть возможность работать и как препроцессор, но эта возможность достаточно ог раниченна. Фламмер позволяет создавать отчет с результатами расчета, вставлять плоскости, кар тинки, внешний вид модели, графики. Содержание исходного файла также нужно включать в от чет, чтобы было понятно, что же вы рассчитывали. Есть возможность построить несколько линий на одном графике, например, для сравнения нескольких сценариев расчета одной модели. Данные графиков можно экспортировать в формат csv для дальнейшей обработки.

Результаты расчета

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Рис.15.21. Результаты расчета.

Теперь результатами расчета должно быть время блокирования путей эвакуации. Значения опасных факторов пожара удобно строить на одном графике, нормируя на критическое значение, тогда сразу видно, по какому параметру происходит блокирование (рис.15.21). Таким образом, можно сказать, мы завершили расчет, нашли время блокирования путей эвакуации.

Анализ чувствительности расчета

Далее нужно проводить анализ чувстви тельности расчета (рис.15.22). Можно прово дить его относительно различных парамет ров: увеличивать нагрузку, параметры венти ляции, размеры геометрических объектов, чтобы оценить влияние на результат расчета.

Можно провести анализ чувствительности в зависимости от шага сетки. Напомню, исход но заданный шаг сетки был 0,25 м. Выполним еще 3 расчета: 0,1 м, 0,2 м и 0,5 м. Построим графики скорости тепловыделения и темпера туры в зависимости от шага сетки и оценим

Рис.15.22. Анализ чувствительности. погрешность относительно самого детализи рованного расчета, с ячейкой 0,1 м. Что мы видим? В расчете с шагом сетки 0,5 м значения отличаются более чем на 30%. На самом деле это можно было предположить изначально, для такой небольшой модели это очень крупная сетка.

Хотя, выбор сетки вообще достаточно нетривиальная задача, нигде нет четких критериев, какая

сетка является хорошей, какая плохой, все зависит от условий использования. Вы нигде не найде те цифр, описывающих нужных шаг сетки. Обычно критерий такой, что ячеек должно быть доста точно много для описания процесса, что определяется путем различных анализов. Например, при размерах ячейки 0,25, 0,2 и 0,1, отличие результатов между собой 10-15%. Но если расчеты 0,25 и

0,2 выполняются в течение адекватного время: час, или чуть больше, то расчет такой небольшой модели с шагом 0,1 м, занял сутки. Естественно, это слишком долго, и можно по анализу двух графиков сделать вывод, что оптимальным по соотношению времени и точности расчета является размер ячейки 0,2-0,25 м.

На этом у меня все. Какие-нибудь вопросы?

Вопрос-ответ

Можно ли задавать прогрев преграды?

Задать можно, но это будет двухмерный прогрев. Дело в том, что в FDS реализована только одномерная теплопроводность.

А преграду для дыма?

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.

Для дыма – пожалуйста. Геометрия, точность геометрии зависит от точности вашей сетки.

Единственное ограничение, что геометрия должна быть прямоугольной, но и это можно это обой ти некоторыми способами. А так можно моделировать что угодно.

Работа система автоматических систем пожаротушения учитывается?

Да, можно учесть.

Просто в примере нет никаких преград. Здания, как я понимаю, проектируются в большей степени по социально-техническим условиям. И для таких зданий в обязательном порядке преду сматривается автоматическая установка пожаротушения?

Это можно все моделировать. Тут показана ситуация, когда ничего не работает, когда нет никаких систем пожаротушения. Это программа. Что вы ее попросите, то она и будет рассчиты вать. Можно задать что угодно: завесы, противодымную вентиляцию. Все зависит от исходной постановки задачи.

То есть можно заложить, что система вентиляции отключается при пожаре и это будет учитываться?

Конечно, это все можно задать.

У меня вопрос по учету ветров. Можно ли задать наружный ветер и как?

Возможность задавать ветер есть. Это можно делать, на границе домена, просто задавать ветровой профиль.

Какую подготовку нужно иметь, чтобы пользоваться этой программой? Обычный пользо ватель сможет или нет?

Сможет, но нужно какое-то время, чтобы разобраться с программой.

Каково время заполнения исходных данных?

Это все зависит от сложности модели. Ту, которая была в примере, ее можно завести за пару часов. Сложную – за день, за два.

Сколько времени занял расчет торгового центра?

Около недели с заданием данных.

УриГПС МЧС России. Семинар «Расчет индивидуального пожарного риска для общественных зданий»

19-21 мая 2009 года. Екатеринбург.

Доклад «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ FDS ДЛЯ ПОЛЕВОЙ МОДЕЛИ» Контарь Н.А.