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Bei der Erstellung von brandschutztechnischen Nachweisen für Industriebauten werden häufig Ingenieurmethoden des Brandschutzes genutzt. Dazu zählen die Modellierung und Berechnung von Brandszenarien mittels numerischer Strömungsmechanik (computational fluid dynamics, CFD). In dieser Arbeit wurde ein auf numerischer Strömungs- und Strukturmechanik basierendes Verfahren zur brandschutztechnischen Bemessung von Bauteilen am Beispiel einer Industriehalle angewendet. Instationäre Temperaturverläufe aus der Heißgasschicht dienten dabei als Eingangswerte für die Bauteilberechnung. Aus den Ergebnissen wurde die äquivalente Branddauer berechnet, mit der die rechnerisch erforderlichen Feuerwiderstandsdauern der Bauteile bestimmt werden konnte.
CFD modeling approach of smoke toxicity and opacity for flaming and non-flaming combustion processes
(2016)
Current engineer’s methods of fire safety design include various approaches to calculate the fire Propagation and smoke spread in buildings by means of computational fluid dynamics (CFD). Because of the increased computational capacity, CFD is commonly used for prediction of time-dependent safety parameters such as critical temperature, smoke layer height, rescue times, distributions of chemical products, and smoke toxicity and visibility. The analysis of smoke components with CFD is particularly complex, because the composition of the fire gases and also the smoke quantities depends on material properties and also on ambient and burning conditions. Oxygen concentrations and the temperature distribution in the compartment affect smoke production and smoke gas toxicity qualitatively and quantitatively. For safety designs,
it can be necessary to take these influences into account. Current smoke models in CFD often use a constant smoke yield that does not vary with different fire conditions. If smoke gas toxicity is considered, a simple approach with the focus on carbon monoxide is often used. On the basis of a large set of experimental data, a numerical smoke model has been developed. The developed numerical smoke model includes optical properties, production, and toxic potential of smoke under different conditions. For the setup of the numerical model, experimental data were used for calculation of chemical components and evaluation of smoke toxicity under different combustion conditions. Therefore, averaged reaction equations were developed from experimental measurements and implemented in ANSYS CFX 14.0.
Heute verfügbare Technik ermöglicht es, die Wärmetransportmechanismen im Brand, an der Bauteiloberfläche und im Bauteil mittels CFD zu koppeln. Die Kopplung von Fluid und Struktur wurde am Beispiel eines 100-MW-Tunnelbrands mit CFD (Computational Fluid Dynamics) untersucht. Die instationären Berechnungen wurden mit dem CFD-Programm ANSYS Fluent durchgeführt. Der infolge eines Lkw-Unfalls verursachte n-Heptan-(C7H16)-Brand wurde mit dem Eddy-Dissipation-Verbrennungsmodell modelliert.
Das Fluid- und Solid-Gebiet wurden durch ein ‚Interface‘ gekoppelt. Die instationäre Wärmeleitung des Bauteils mit einer Höhe von 0,4 m wurde mit der dreidimensionalen Fourier´schen Wärmeleitungsgleichung modelliert und das instationäre thermische Verhalten des quarzhaltigen Betonbauteils analysiert. Temperaturabhängige Stoffkennwerte wurden berücksichtigt.