Содержание лекции
Введение
Моделирование:
- Моделирование пожаров
- Гидродинамика
- Пожар в помещении
- Термодинамика
- Процесс горения
- Теплоперенос
- Твердые частицы
- Пиролиз
Примеры
- Базовые
- Средние
- Сложные
Приложения
- FDS и SMV
- Вычисления на суперкомпьютерах
- Анализ результатов
Общая информация
Лекция Моделирование пожара в Университете Вупперталя организована кафедрой Вычислительного гражданского строительства (CCE). Основанная в 2019 году кафедра в основном занимается исследованиями и разработкой новых компьютерных моделей. В центре внимания приложения численное моделирование распространения огня и дыма в зданиях.
Мы впервые публикуем этот текст лекции. Мотивация к созданию этого документа заключается, с одной стороны, в том, чтобы дать участникам лекции возможность ознакомиться с содержанием. И, с другой стороны, сделать этот контент свободно доступным для внешних или бывших участников.
Тем не менее, этот текст лекции очень короткий и останется таким. Большая часть содержания уже доступна в более углубленном формате, поэтому приводятся ссылки на соответствующие отрывки, а не просто копируются.
Поскольку текст лекции находится в стадии разработки, мы будем рады конструктивным предложениям и вашим отзывам. Таким образом, вы сможете поддержать все наше научное сообщество по пожаротушению.
Для студентов Университета Вупперталя: Всю организационную информацию о процедуре можно найти на веб-сайте CCE в разделе лекция по моделированию пожара.
Содержание конспектов лекций
- Планируется, что этот документ будет содержать не только содержание лекции о Моделировании пожара, но и другое содержимое, связанное с этой лекцией, такое как Анализ данных FDS и использование высокопроизводительных компьютеров для моделирования пожара. В ходе лекции мы соответствующим образом огласим содержание, имеющее отношение к вам.
- Текст лекции также содержит упражнения по всем темам, с путями решения и без них, но всегда с результатом или возможностью проверки вашего решения.
- Не распечатывайте сценарий и не сохраняйте его в другом месте. Таким образом, у вас будет последняя версия, которая постоянно совершенствуется и дополняется контентом.
- Текст лекции всегда будет оставаться в свободном доступе.
- Конспекты лекций и упражнения разработаны для FDS версии 6.7.5 и, следовательно, могут быть недопустимы / воспроизводимы для других версий.
Авторы
Авторы сценария и упражнений (в алфавитном порядке):
- Lukas Arnold
- Kristian Börger
- Tristan Hehnen
- Lilli Klein
- Karen de Lannoye
- Keyvan Najarian
- Tássia Quaresma
- Jan Vogelsang
- My Linh Würzburger
Тезисы
Мы предлагаем дипломные работы (бакалаврские, магистерские, докторские) по различным темам.
- обзор тем и ранее подготовленных работ можно найти по ссылке
- Обзор наших публикаций также поможет вам найти
- Если вы заинтересованы, пожалуйста, свяжитесь с Лукасом Арнольдом @ Университет Вупперталя или @ Forschungszentrum Jülich
Благодарности
Программные средства, использованные в лекции и при создании материалов, в основном находятся в свободном доступе, с открытым исходным кодом и разработаны добровольцами. В частности, мы хотели бы поблагодарить следующие команды за их работу
- Команда FDS
- Команда Jupyter
- Команда JupyterLab
- Команда Jupter Book
Контакт
Как с нами связаться:
- Как участник лекции: лучше всего пройти соответствующий курс moodle
- Внешним заинтересованным сторонам лучше всего использовать наш список электронной почты.
- Контактные данные отдельных лиц можно найти на веб-сайте персонала
Лицензия
Эти конспекты лекций и инструменты лицензированы по международной лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0.
Командная Fire Dynamics
Команда Fire Dynamics – это совместная команда сотрудников кафедры вычислительного гражданского строительства (CCE) Университета Вупперталя (BUW) и отдела Динамики пожара, который является частью Института продвинутого моделирования (IAS-7) при Форшунгсцентре Юлих (FZJ).
Кафедра CCE в основном занимается исследованиями и разработкой новых компьютерных моделей. Основное внимание здесь уделяется распространению огня и дыма в зданиях.
В преподавании мы уделяем особое внимание информатике и вычислительной технике. Основные лекции, которые мы предлагаем, – это информатика и моделирование пожара. В дополнение к этому, мы регулярно проводим семинары по анализу данных и Raspberry Pi.
Имитационные модели, которые мы разрабатываем и используем, в основном основаны на вычислительной гидродинамике (CFD). Кроме того, мы используем алгоритмы генетической оптимизации и методы обработки изображений. Что их всех объединяет, так это использование параллельных компьютеров, таких как суперкомпьютер JURECA в Forschungszentrum Jülich.
Рис. 1 Суперкомпьютер JURECA. Источник: Forschungszentrum Jülich
Наша исследовательская деятельность включает в себя использование и дальнейшее развитие FDS (симулятор динамики пожара), который может быть использован для расчета распространения дыма и огня в зданиях. С другой стороны, разработка новых инструментов моделирования. К ним относятся, например, программное обеспечение для моделирования ARTSS (симулятор дыма в реальном времени на основе ускорителя) или PROPTI. Исследование проводится в тесном сотрудничестве с отделом Динамики пожаров Исследовательского центра Юлиха.
Моделирование пожаров на станции метро, часть проекта ORPHEUS, с использованием программного обеспечения FDS.
Моделирование жидкого пожара с помощью программного обеспечения OpenFoam
Самосогласованное моделирование распространения огня вдоль кабельной трассы, часть [HAM20].Рассчитано с помощью FDS.
Библиография
[Dry11] Dougal Drysdale. An Introduction to Fire Dynamics. John Wiley & Sons, Ltd, 2011. ISBN 9780470319031. doi:10.1002/9781119975465.
[HA14] Daniel Haarhoff and Lukas Arnold. Performance Analysis and Shared Memory Parallelisation of FDS. Technical Report, Fire and Evacuation Modelling Technical Conference 2014, Gaithersburg (USA), 8 Sep 2014 – 10 Sep 2014, Sep 2014. URL: https://juser.fz-juelich.de/record/156014.
[HAM20] Tristan Hehnen, Lukas Arnold, and Saverio La Mendola. Numerical Fire Spread Simulation Based on Material Pyrolysis—An Application to the CHRISTIFIRE Phase 1 Horizontal Cable Tray Tests. Fire, 3(3):33, 2020. doi:10.3390/fire3030033.
[KQ99] Bjorn Karlsson and James Quintiere. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press LLC, 1999. doi:10.1201/9781420050219-12.
[McC79] Bernard J. McCaffrey. Purely Buoyant Diffusion Flames. Technical Report, NIST, 1979. URL: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/IR/nbsir79-1910.pdf.
[MHF+20a] Kevin McGrattan, Simo Hostikka, Jason Floyd, Randall McDermott, and Marcos Vanella. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide Volume 1: Mathematical Model – Version 6.7.5. Technical Report, NIST, 2020. URL: firemodels/fds.
[MHF+20b] Kevin McGrattan, Simo Hostikka, Jason Floyd, Randall McDermott, and Marcos Vanella. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide Volume 2: Verification – Version 6.7.5. Technical Report, NIST, 2020. URL: firemodels/fds.
[MHF+20c] Kevin McGrattan, Simo Hostikka, Jason Floyd, Randall McDermott, and Marcos Vanella. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide Volume 3: Validation – Version 6.7.5. Technical Report, NIST, 2020. URL: firemodels/fds.
[MHF+20d] Kevin McGrattan, Simo Hostikka, Jason Floyd, Randall McDermott, and Marcos Vanella. Fire Dynamics Simulator User’s Guide – Version 6.7.5. Technical Report, NIST, 2020. URL: firemodels/fds.
[MABH18] Andreas Meunders, Lukas Arnold, Alexander Belt, and Alexander Hundhausen. Velocity measurements of a bench scale buoyant plume applying particle image velocimetry. International Journal of Heat and Mass Transfer, 123:473–488, 2018. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.011.
[PMFR21] Richard D. Peacock, Kevin B. McGrattan, Glenn P. Forney, and Paul A. Reneke. CFAST–Consolidated Model of Fire Growth and Smoke Transport (Version 7) Volume 1: Technical Reference Guide. Technical Report, National Institute of Standards and Technology, 2021. URL: https://pages.nist.gov/cfast/manuals.html.
[Pop00] Stephen B Pope. Turbulent Flows. Cambridge University Press, 2000. ISBN 9780521598866. doi:10.1017/cbo9780511840531.
[Pop04] Stephen B Pope. Ten questions concerning the large-eddy simulation of turbulent flows. New Journal of Physics, 6(1):35, 2004. doi:10.1088/1367-2630/6/1/035.
[Rey83] Osborne Reynolds. III. An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of resistance in parallel channels. Proceedings of the Royal Society of London, 35(224-226):84–99, 1883. doi:10.1098/rspl.1883.0018.
[Rot11] Klaus Roth. Chemistry of the Christmas Candle — Part 2. ChemViews, 2011. doi:10.1002/chemv.201000146.
[SAS20] Benjamin Schröder, Lukas Arnold, and Armin Seyfried. A map representation of the ASET-RSET concept. Fire Safety Journal, 115:103154, 2020. doi:10.1016/j.firesaf.2020.103154.
[SQR82] K.D. Steckler, J.G. Quintiere, and W.J. Rinkinen. Flow induced by fire in a compartment. Symposium (International) on Combustion, 19(1):913–920, 1982. URL: https://www.nist.gov/publications/flow-induced-fire-compartment, doi:10.1016/s0082-0784(82)80267-1.
[YTM20] Chaobo Yang, Hao Tang, and Gaetano Magnotti. High-speed 1D Raman analyzer for temperature and major species measurements in a combustion environment. Optics Letters, 45(10):2817, 2020. doi:10.1364/ol.390299.
[YY09] Guan Heng Yeoh and Kwok Kit Yuen. Computational Fluid Dynamics in Fire Engineering. Butterworth-Heinemann, 2009. ISBN 9780750685894. doi:10.1016/b978-0-7506-8589-4.00008-9.
[Yok60] Sizuo Yokoi. Study on the prevention of fire-spread caused by hot upward current. BRI Report, 1960.
[ASTM12] ASTM. ASTM E1355-12, Standard Guide for Evaluating the Predictive Capabilities of Deterministic Fire Models. Technical Report, American Society for Testing and Materials, 2012.
[SFPE16] SFPE. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. Springer, 5th edition, 2016. ISBN 9781493925643. doi:10.1007/978-1-4939-2565-0.
[VDI06] VDI. VDI 6019 – Part 1 – Engineering methods for the dimensioning of systems for the removal of smoke from buildings. Technical Report, VDI, 2006.
[VDI09] VDI. VDI 6019 – Part 2 – Engineering methods for the dimensioning of systems for the removal of smoke from buildings. Technical Report, VDI, 2009.
[vfdb20] vfdb. Leitfaden Ingenieurmethoden des Brandschutzes. Technical Report, vfdb e.V., 2020. URL: https://www.vfdb.de/fileadmin/download/vfdb-Leitfaden\_IngMethoden\_4Auflage\_2020-03-26.pdf.