PSA - 151028 Modellazione con FDS - Ing. Marcello Mangione

Università “La Sapienza” – Roma

CORSO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIOAnno Accademico 2015‐2016

28 ottobre 2015

Modellazione degli incendicon Fire Dynamics Simulator (FDS)

(esercitazione )

Ing. Marcello [email protected]

“Sapienza” University of RomeSchool of civil and Industrial Engineering

Ph.D. – XXIX ciclo

StructuralFire

Investigation

Docente: Prof. Ing. Franco Bontempi

Prof. Ing. Franco BontempiIng. Marcello Mangione

)

School of Civil and Industrial Engineering Sapienza University of Rome

Progettazione Strutturale Antincendio ‐ Esercitazione


)



Scopo dell’esercitazione

Curva nominale d’incendio ISO834(dati di calcolo e metodo di costruzione della curva)

Curva parametrica d’incendio(dati di calcolo, metodo di costruzione della curva e confronti)

Curva RHR‐t e curva naturale dell’incendio(dati di calcolo, metodo di costruzione della curva e confronti)

Modellazione dell’incendio confinato mediante l’ausilio delsoftware Fire Dynamics Simulator (FDS)

(primi approcci e costruzione del listato in fortran e confronti)

Presentazione di altre procedure per la creazione del listatoFDS

(Pyrosim, structural fire investigation software)

PUNTI TRATTATI IN TALE ESERCITAZIONE


)



SCOPO DELL’ESERCITAZIONEL’obiettivo di tale esercitazione è quello di acquisire i primi elementi necessari acondurre un’analisi della dinamica di un incendio in un compartimento.In particolare, si intende calcolare, analizzare e confrontare gli andamenti dellatemperatura (curve parametriche) e della potenza termica rilasciata (curve RHR‐t) in uncompartimento nelle seguenti condizioni:• analisi delle grandezze d’interesse in funzione delle aperture di ventilazione note

l’inerzia termica delle pareti del compartimento ed il carico d’incendio;• analisi delle grandezze d’interesse in funzione del valore assunto dal carico

d’incendio note l’inerzia termica delle pareti del compartimento e le aperture diventilazione.

In ciascuna delle precedenti condizioni, si dovranno calcolate le curve parametriche e laprobabile curva di variazione della potenza termica dell’incendio (RHR).I risultati ottenuti saranno confrontati evidenziando l’effetto di alcuni parametri sulladinamica di un incendio in un compartimento e le grandezze calcolate attraverso imodelli numerici semplificati previsti dall’Eurocodice, saranno confrontate con i risultatiottenuti mediante l’utilizzo del codice di calcolo FDS con l’obiettivo di confrontare i datirelativi alla curva naturale d’incendio e dalla curva HRR calcolata dal modello, con irisultati forniti mediante i calcoli svolti con i modelli numerici semplificati.




0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

TEMPERA

TURA

[°C]

TEMPO [MIN]

curva nominale standard

COSTRUZIONE DELLA CURVA NOMINALE ISO 834Le curve nominali temperatura‐tempo, che il professionista deve utilizzare per latrattazione delle problematiche riguardanti la resistenza al fuoco degli elementicostruttivi di un edificio, sono state stabilite dal D.M. 09/03/2007.La curva nominale standard (curva temperatura‐tempo d'incendio standard) èrappresentata dall'equazione:

∙


)



I PRIMI PASSI: VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL COMPARTIMENTOLe analisi da svolgere fanno riferimento ad un compartimento di dimensioni pari a 4x 4 x 3 m. Il compartimento è delimitato da pareti in calcestruzzo per il quale siassumono i seguenti valori di densità, calore specifico e conduttività termica:

2400 / ;913 / ° ;

1,45 / ° ;Dai dati si ricava che il compartimento è caratterizzato da un’inerzia termica dellepareti pari a:

1782,48 / . °

Nel compartimento si dovrà suppone la presenza di legna come materialecombustibile per il quale si assumono i seguenti valori di densità e potere calorifero:

750 /17000 /

conlimiti100 b 2200[J/m2s1/2 K]

massavolumicadellasuperficieesternadelcompartiment à




COSTRUZIONE DELLA CURVA PARAMETRICA DELL’INCENDIO

Per la schematizzazione di un incendio nella fase di post‐flashover quando èpienamente sviluppato, così come stabilito dal D.M. 09/03/2007, possono impiegarsi,le curve parametriche che consentono di valutare, la variazione nel tempo dei gascaldi in un locale in funzione dei seguenti parametri:• valore nominale del carico d'incendio specifico;• geometria dell'ambiente e delle aperture di ventilazione presenti;• caratteristiche delle pareti di delimitazione.

Occorre però osservare che le curve temperatura‐tempo parametriche, rispetto aquelle nominali, costituiscono una evoluzione nella caratterizzazione degli incendinaturali e, contestualmente, richiedono l'applicazione di semplici espressionimatematiche senza far ricorso a sofisticati calcoli numerici che necessitano l'impiegodi computer.In letteratura sono disponibili varie espressioni analitiche che consentono dideterminare la variazione della temperatura nel tempo, sia nella fase di incendiopienamente sviluppato, sia in quella di decadimento e, quindi, esse possono essereimpiegate per la valutazione di resistenza al fuoco di elementi costruttivi.


)



CONCETTI GENERALI UTILI PER LA COSTRUZIONE DELLA CURVAIl volume di combustibile è ipotizzato al centro del locale. In particolare, nota ladensità e il potere calorifero del combustibile, nelle analisi svolte il carico d’incendiosarà calcolato in funzione del volume di combustibile considerato.In particolare il valore del carico d’incendio riferito alla superficie del compartimentopuò essere calcolato come segue:

∑ ∑

Dove:• è il volume di combustibile;• è la densità del combustibile considerato;• è il potere calorifero del combustibile;• è il fattore di partecipazione del materiale combustibile (che è pari a 0,8 per il

legno e 1,00 per tutti gli altri materiali);• è il fattore di limitazione alla combustione che è pari a 0 per i materiali

contenuti in appositi contenitori resistenti al fuoco e 1 in tutti gli altri casi;• A è la superficie in pianta del compartimento espressa in m2.


)



Per quanto riguarda le aperture di ventilazione, il valore del fattore di ventilazione,necessario per la costruzione delle curve parametriche e per le curve di rilascio dellapotenza termica, è influenzato dal numero e dalla forma delle aperture previste nelcompartimento nei diversi casi analizzati.

In ogni caso le successive formulazioni ci consentono di ricavare i valori dell’openingfactor O per qualsiasi valore delle superfici di ventilazione:

.

Dove:, espressa in m2, è l’area delle superfici di ventilazione previste nel compartimento

di dimensioni bi e hi calcolabile come:


)



• espressa in m2 è la superficie totale del compartimento calcolabile come:

21 0 00 2 00 0 3

231

Dove• L1 L2 L3 sono le dimensioni del compartimento espresse in m;• è la media ponderata delle altezze delle superfici di ventilazione, calcolabile

come:

∑∑

Con Avi e hi , rispettivamente l’area e l’altezza delle singole superfici di ventilazione.


)



L1 (h) L2 (largh) L3(prof.)3 4 4

tipologia n° b h n°bh n°bh2

1 1 1 1 1 12 1 1 1 1 13 0 0 0 0 04 0 0 0 0 05 0 0 0 0 06 0 0 0 0 0

3.0 At= 80 m25.0 heq= 1,00 m

4.0 Av= 2 m2 6.0 Ο= 0,025 m0.5

1.0 dimensioni del compartimento (m)

2.0 dimensione aperture di ventilazione

∑

∑2

1 0 00 2 00 0 3

231

CONSIGLIO PER L’ESERCITAZIONE:COSTRUIRSI UNA TABELLA IN EXCEL DEL TIPO:




L’equazione della curva parametrica, che descrive la variazione della temperatura Tgdei gas caldi nel tempo, fornita nell’allegato A all’Eurocodice 1 è valida per ambienticon superficie A del pavimento inferiori a 500 m2, senza aperture nel soffitto edaventi altezza massima di 4 m e nei quali il materiale combustibile possa assimilarsialla carta o al legno.

Essa rappresenta una buona approssimazione della curva nominale d’incendiostandard per temperature inferiori a 1000 °C ed è descritta dall’equazione:

. . ∗ . . ∗ . ∗

La formula, che per un determinato compartimento antincendio conduce a valori ditemperatura crescenti con l’aumentare della superficie di ventilazione, contiene iseguenti termini:




. . ∗ . . ∗ . ∗

20 1325 1 0.324 . ∗ 0.204 . ∗ 0.472 ∗

∗ ∙ Γ

Γ Ο/ / [0.04/1160]2 [‐]conlimiti100 b 2200[J/m2s1/2 K]

massavolumicadellasuperficieesternadelcompartiment à

Ο conlimiti0.02 Ο 0.2[m1/2 ]

,

mediapesatadellealtezzedellefinestresullepareti




FASE DI RISCALDAMENTO

è il fattore di ventilazione espresso in m0.5, AV è la superficie espressa in

m2, delle aperture verticali, ∑∑ è l’altezza equivalente che è la media

ponderata, espressa in m, delle aperture verticali e At la superficie totale del compartimento (pareti, pavimento, soffitto),comprese le aperture, espressa in m2;

• è l’inerzia termica, espressa in J/m2 s0.5 °C, delle pareti che delimitano il locale;

∗ ∙ Γ, dove t ed il tempo fittizio t* sono espressi in h e Γ vale Γ ⁄ ∙⁄

Ο conlimiti0.02 Ο 0.2[m1/2 ]

,

mediapesatadellealtezzedellefinestresullepareti




Nell’Eurocodice 1 sono indicati i valori di riferimento del fattore di ventilazione edell’inerzia termica , che sono rispettivamente pari a 0.04 m0.5 e 1160 J/m2

s0.5 °C

• 0.0002 ∙ , ⁄ espresso in h, rappresenta la durata della fase diriscaldamento dell’incendio dopo il quale viene raggiunta nel locale latemperatura massima che si calcola sostituendo, nell’espressione 2, ∗ alposto di t* dove :

∗ ∙ Γ

Il modello è valido per le seguenti condizioni:

• il valore del fattore O di ventilazione deve essere compreso tra 0.02 e 0.2 m0.5;• l’inerzia termica delle pareti b che delimitano il locale deve essere compreso tra i

valori 100 e 2200 J/m2 s0.5 °C;• il valore del carico d’incendio specifico di progetto , , riferito alla superficie

totale del compartimento , , ∙ ( , è riferito alla superficie del

pavimento) deve essere compreso fra 50 e 1000 MJ/m2




FASE DI RAFFREDDAMENTO

Durante la fase di decadimento dell’incendio nella quale, secondo le indicazionifornite dall’Eurocodice 1, viene consumata il 30% dell’energia termica inizialmentepresente, la diminuzione della temperatura nel tempo all’interno del locale èinfluenzata sensibilmente dalla tipologia, forma ed orientamento spaziale delcombustibile, durata della fase di crescita e di pieno sviluppo dell’incendio, nonchédalla superficie delle aperture di ventilazione presenti e dalle caratteristiche dellepareti di delimitazione del locale.

Nell’Eurocodice 1, per incendi per i quali risulta un valore di ∗ inferiore a 0,5 h,viene assunta una velocità di diminuzione della temperatura nel tempo di 10,4°C/min mentre se il predetto valore è superiore a 2 h essa è di 4,2 °C/min;

per tempi ∗ compresi fra 0,5 h e 2h la suddetta velocità assume valori variabili frai suddetti estremi in relazione al preciso valore di ∗ .




Per valutare in un incendio naturale la diminuzione della temperatura nel tempodurante la fase di decadimento, quindi per tempi t > tmax, occorre impiegare, perincendi aventi sviluppo controllato dalla ventilazione, delle espressioni che sidifferenziano fra loro in funzione del tempo ∗ .

Nel caso che sia ∗ < 0,5 h si ha:

∗ ∗

Qualora sia 0.5 < ∗ < 2 h, si ottiene:

∗ ∗ ∗

Quando risulta ∗ > 2h si ottiene:

∗ ∗


)



Attraverso un file excel, èpossibile implementare ilmodello citatonell’eurocodice attraverso ilquale si costruisce la curvaparametrica sia nella fasedi riscaldamento sia nellafase di raffreddamento.

v.bassa 0,416666667

O 0,025 qt,d 65,63 v.media 0,333333333

b 1782,481416 tmax 0,525 31,5 v.alta 0,25

0,165 t*max 0,0869x 1

t[min] t[h] t* g t[min] t[h] t* g 0 0 0 20 31,5 0,525 0,086853 569,81321 0,016666667 0,002757241 53,42047927 32 0,533333 0,088232 568,80922 0,033333333 0,005514482 85,20576269 33 0,55 0,090989 566,80113 0,05 0,008271723 115,4390284 34 0,566667 0,093746 564,7934 0,066666667 0,011028964 144,1992105 35 0,583333 0,096503 562,7855 0,083333333 0,013786205 171,5612156 36 0,6 0,099261 560,77696 0,1 0,016543447 197,5961284 37 0,616667 0,102018 558,76897 0,116666667 0,019300688 222,371407 38 0,633333 0,104775 556,76088 0,133333333 0,022057929 245,9510675 39 0,65 0,107532 554,75279 0,15 0,02481517 268,3958601 40 0,666667 0,11029 552,744710 0,166666667 0,027572411 289,7634355 41 0,683333 0,113047 550,736611 0,183333333 0,030329652 310,1085033 42 0,7 0,115804 548,728512 0,2 0,033086893 329,482982 43 0,716667 0,118561 546,720513 0,216666667 0,035844134 347,9361414 44 0,733333 0,121319 544,712414 0,233333333 0,038601375 365,5147379 45 0,75 0,124076 542,704415 0,25 0,041358616 382,2631428 46 0,766667 0,126833 540,696316 0,266666667 0,044115857 398,2234638 47 0,783333 0,12959 538,688217 0,283333333 0,046873098 413,4356608 48 0,8 0,132348 536,680218 0,3 0,04963034 427,9376552 49 0,816667 0,135105 534,672119 0,316666667 0,052387581 441,7654344 50 0,833333 0,137862 532,664120 0,333333333 0,055144822 454,95315 51 0,85 0,140619 530,65621 0,35 0,057902063 467,5332118 52 0,866667 0,143377 528,647922 0,366666667 0,060659304 479,5363766 53 0,883333 0,146134 526,639923 0,383333333 0,063416545 490,9918328 305 5,083333 0,840959 20,6082224 0,4 0,066173786 501,927279825 0,416666667 0,068931027 512,369004826 0,433333333 0,071688268 522,341954327 0,45 0,074445509 531,869802728 0,466666667 0,07720275 540,975017329 0,483333333 0,079959991 549,678919830 0,5 0,082717233 558,001744831 0,516666667 0,085474474 565,962695331,5 0,525 0,086853094 569,8131995

COSTRUZIONE DELLA CURVA PARAMETRICAcaso 1

tlim

riscaldamento raffreddamento

E’ opportuno crearsi una tabella in excel


)



0

100

200

300

400

500

600

0 50 100 150 200 250 300 350

TEMPE

RATU

RA [°C]

TEMPO [MIN]

curva parametrica caso 0.1

O=0.025; Qfd=325.15 KJ/m^2

I RISULTATI DA OTTENERE DOVRANNO PORTARE ALLA COSTRUZIONE DELLA CURVA PARAMETRICA PER OGNI SINGOLO CASO.

LA CURVA CHE CI SI ASPETTA SARA’ DEL TIPO SEGUENTE:

Dall’analisi della curva si dovrà evincere:• Il valore massimo della temperatura Tmax• Tempo di raggiungimento.


)



COSTRUZIONE DELLA CURVA RHR‐T

Per la valutazione della probabile curva di rilascio della potenza è stato utilizzato ilmodello αt2 discusso nei paragrafi iniziali.La formulazione del modello può essere implementata in un foglio di calcolo chefornisce i risultati adottando come parametri di input:• le caratteristiche geometriche del compartimento (aperture di ventilazione);• le caratteristiche del combustibile (carico d’incendio).

Premesso che la maggior parte degli incendi che si velificano all'interno di unedificio hanno lo sviluppo controllato dalla superficie di ventilazione, unprocedimento approssimato che può essere adottato è il seguente:

1). valutare il minimo valore di RHR di flashover, espresso in kW, in grado diprovocare il flashovermediante l'impiego dell'espressione:

. ∙ ∙ ∙ .


)



Dove: ∙ ; in cui è espressa in m2 e ed

sono le dimensioni, entrambe misurate in m,di una apertura di ventilazione ricavata nella parete e che è equivalente ai fini del calcolo della potenza termica necessaria per produrre il flashover;

rappresenta la differenza in m fra l’altezza del punto più alto e quella del punto più basso fra tutte le aperture di ventilazione presenti nelle pareti;

è la larghezza, espressa in m, della predetta apertura equivalente che viene calcolata imponendo che il fattore di ventilazione del locale nel quale sia presente solamente tale apertura virtuale sia pari alla somma dei fattori di ventilazione delle singole aperture presenti aventi dimensioni generiche ed ; si ottiene quindi la seguente espressione:

∑ ∙ .

.

è espressa in m2 e rappresenta la differenza fra la superficie totale del locale e l’area


)



Successivamente, supponendo che la potenza termica totale rilasciata aumenti nella fase di crescita con il quadrato del tempo con uno sviluppo dell'incendio caratterizzato da un preciso valore della costante α, si deduce:

⁄ .

Occorre dopo verificare se l'energia termica ET che può essere complessivamente liberata nell'ambiente in relazione alla massa totale QT di combustibile presente è maggiore di quella necessaria a provocare il flashover, cioè se si ha:

∙ ∙ ∙ ∙ 0.333 ∙ ∙

se tale condizione è verificata allora l'incendio potrebbe pienamente svilupparsi;


)



Per calcolare il valore massimo della potenza termica totale che può essere rilasciatadall’incendio nel locale, in relazione alla superficie di ventilazione presente, si può usarela seguente espressione:

0.10 ∙ ∙ ∙ ∙ .

Dove:• m è un fattore che descrive la partecipazione alla combustione dei vari materiali

presenti nel locale che viene assunto pari a 0,8• heq rappresenta l’altezza equivalente, che è la media ponderata delle altezze hi delle

aperture di ventilazione presenti nelle pareti; essa è espressa in m e viene cosìcalcolata:

∑∑

• AV è la superficie complessiva, espressa in m2, delle singole aperture di ventilazioneche sono ricavate nelle pareti.

Il valore di RHR inizialmente cresce con il quadrato del tempo certamente fino alflashover e successivamente subisce un innalzamento al valore massimo RHRMAX e,pertanto, noto α, si può scrivere che:

⁄ .

Il tempo tA corrisponde all’instante in cui l’incendio raggiunge la potenza massima.


)



L’intervallo di tempo (tB ‐ tA), espresso in s, esprime la durata della fase di pieno sviluppodell’incendio.In ottemperanza al DM 09/03/2007 per il calcolo della variazione nel tempo dellapotenza termica rilasciata nel compartimento antincendio verrà utilizzato il caricod’incendio specifico qf,d di progetto, che sarà determinato seguendo le indicazioni forniteal punto 2 dell’allegato al D.M. 09/03/2007.Considerato che, conformemente alle precisazioni contenute nell’allegato Edell’Eurocodice1, fino al tempo tB è stato consumato il 70% dell’energia termicainizialmente disponibile si ottiene:

0.7 ∙ , ∙

1 3 ∙ ∙ ∙ 0.7 ∙ , ∙⁄

0.7 ∙ , ∙ 0.333 ∙ ∙


)



Il tempo tc, espresso in s, necessario per consumare tutto il combustibile presente ed incorrispondenza del quale la potenza termica si annulla, si calcola ipotizzando che finoalla naturale estinzione dell’incendio il valore della potenza termica decrescalinearmente nel tempo dal valore massimo che aveva al tempo tB fino ad annullarsi altempo tC.

Rilevando che nell’intervallo tC – tB, di durata della fase di decadimento, viene bruciatoil combustibile rimasto, che rappresenta il 30% dell’energia termica inizialmentepresente, si ha:

0.5 ∙ ∙ 0.7 ∙ , ∙

0.6 ∙ , ∙


)



In base a quanto detto, l’adozione di un modello αt2 per lo studio della variazione dellapotenza termica rilasciata in un compartimento, porta alla costruzione di una curvaRHR-tempo rappresentata dal seguente andamento nel tempo:

RHR [KW]

tempo [s]

CURVA RHR‐TEMPO

RHRMAX

RHRF

tF tAtB tC


)



APERTURE QUANTITA'LARGHEZZA

(m)ALTEZZA

(m)ALTEZZA

DAVANZALESUPERFICIE (mq)

FINESTRE TIPOLOGIA 1 1 1,00 1,00 1,00 1,00FINESTRE TIPOLOGIA 2 1 1,00 1,00 1,00 1,00FINESTRE TIPOLOGIA 3 0,00PORTE TIPOLOGIA 1 0,00PORTE TIPOLOGIA 2 0,00PORTE TIPOLOGIA 3 0,00

AREA TOTALE APERTURE DI VENTILAZIONE "Av" 2,00

CALCOLO DELL'ALTEZZA EQUIVALENTE "heq" 1,00

COMPARTIMENTO LUNGHEZZA(m)

LARGHEZZA(m)

ALTEZZA (m)

AREA TOTALE DEL COMPARTIMENTO

(mq)COMPARTIMENTO "At" 4,00 4,00 3,00 80,00

CALCOLO HV equivalente 2,00CALCOLO DI W V equivalente 0,71CALCOLO DI AV equivalente 1,41CALCOLO DI AT 78,59

CALCOLO DI RHR SECONDO THOMAS (Kw) 1.368,97CALCOLO DI RHR MAX SECONDO EUROCODICE (Kw) 2.800,00

calcolo del tempo ta [s] 502,00calcolo del tempo tb [s] 1.975,46calclolo del tempo tc [s] 2.406,12

COSTRUZIONE CURVA RHR‐TEMPO

CONSIGLIO PER L’ESERCITAZIONE:COSTRUITEVI UNA TABELLA IN EXCEL DEL TIPO:


)



I RISULTATI DA OTTENERE DOVRANNO PORTARE ALLA COSTRUZIONE DELLA CURVA PARAMETRICA PER OGNI SINGOLO CASO.

LA CURVA CHE CI SI ASPETTA SARA’ DEL TIPO SEGUENTE:

I risultati ottenuti dovranno mostrare:• la potenza termica al flash‐over; • la massima potenza termica rilasciata e tempistica; • tempi di arresto della combustione.


)



RISULTATI DA ASPETTARSI


)



0,000

1000,000

2000,000

3000,000

4000,000

5000,000

6000,000

7000,000

8000,000

9000,000

10000,000

0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00

RHR [KW]

TEMPO [S]

CONFRONTO CURVE RHR AL VARIARE DELLA SUPERFICIE DI VENTILAZIONE

O=0.025;q=328.12 MJ/m^2 O=0.059;q=328.12 MJ/m^2 O=0.072; q=328.12 MJ/m^2



)





)



ANALISI DELLA CURVA DI INCENDIO NATURALE OTTENUTA CON IL CODICE FDS

Adesso verranno illustrati i risultati ottenuti mediante una simulazione CFD svoltamediante il codice di calcolo FDS sviluppato dal NIST.La simulazione deve prevedere l’analisi del compartimento con le propriecaratteristiche.

In particolare si devono analizzare e confrontare le curve temperatura‐tempo e lecurve HRR‐tempo ottenute mediante l’adozione dei modelli di calcolo numericisemplificati con le curve di temperatura e di potenza ottenute mediante la soluzionedi un modello di campo risolta mediante il codice FDS.

L’ambiente della simulazione è dato dal compartimento descritto precedentementein cui si deve considerare un carico d’incendio costituito da legna di volume pari a 0.5m3 inserito al centro del compartimento, nel quale sono presenti nelle pareti unaporta di dimensioni 1.20 m x 2.1 m ed una finestra di dimensioni 1 m x 1 m.




Fire Dynamics Simulator (FDS) è un modello sviluppato dal NIST (NationalInstitute of Standards and Technology) che simula l'incendio, cui è associatoSmokeview, un post‐processore grafico che analizza i dati prodotti da FDS.

FDS risolve una forma delle equazioni di Navier‐Stokes per i flussi termici abassa velocità di fumi e gas generati in un incendio. La dinamica dell'incendioè simulata in base ai parametri che caratterizzano ciascun materiale presentenel dominio di simulazione, ciascuno con le proprie caratteristiche diinfiammabilità e combustione. In base a questi dati, FDS risolvenumericamente (con un metodo ai volumi finiti) le equazioni che modellano lareazione di combustione ed i fenomeni di trasporto, tenendo contodinamicamente delle mutue interazioni tra i processi.

FDS è in grado di calcolare e fornire come dati di uscita, i valori di tutte levariabili, scalari e vettoriali, calcolate in ciascuna delle celle del dominio, utilialla comprensione dei fenomeni ed alla analisi degli effetti (concentrazionidelle specie chimiche, distribuzioni delle temperature, pressioni, velocità deigas, fumi, visibilità).


)



DOVE SCARICARE IL SOFTWARE GRATUITO


)



STRUTTURA DEI CAMPI DEL LISTATO


)



STRUTTURA DEL LISTATO


)



LANCIO DEL PROGRAMMA


)



VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI CON SMOKEVIEW


)



COME COSTRUIRE IL LINGUAGGIO PER LA MODELLAZIONE FDSNEL CASO IN ESAME

La geometria del compartimento, le caratteristiche delle pareti, nonché lecaratteristiche della reazione e della potenza termica rilasciata sono rappresentati nellistato seguente utilizzato per lanciare la simulazione.&HEAD CHID='caso1', TITLE='caso1' /&MESH ID=' GRIGLIA ESTERNA', IJK=60,60,40, XB=‐1.0,5.0,‐1,5.0,0.0,4.0, /&TIME T_END=1400. /&MISC SURF_DEFAULT='CONCRETE', RESTART=.FALSE. /Impostazione della reazione&REAC ID = 'wood'VISIBILITY_FACTOR=8SOOT_YIELD = 0.017C = 8.O=4N=0HEAT_OF_COMBUSTION = 17000.IDEAL = .TRUE.H = 9


)



caratteristiche dei materiali

&MATL ID = 'WOOD'FYI = 'Completely made up'CONDUCTIVITY = 0.12SPECIFIC_HEAT = 1.2DENSITY = 750./&MATL ID = 'CONCRETE'SPECIFIC_HEAT = 0.92CONDUCTIVITY = 1.91DENSITY = 2400./

&SURF ID = 'CONCRETE'MATL_ID = 'CONCRETE'THICKNESS = 0.01EMISSIVITY = 1NET_HEAT_FLUX = 0COLOR ='SILVER'FREE_SLIP =.TRUE.


)



GEOMETRIA COMPARTIMENTO&OBST XB=‐0.1,0.0,0.0,4.0,0.0,3.0, SURF_IDS='CONCRETE' / parete sinistra&HOLE XB=‐0.1,0.1,1.5,2.5,1.0,2.0, DEVC_ID='ROTTURA VETRI'/ finestra&OBST XB=4.0,4.1,0.0,4.0,0.0,3.0, SURF_IDS='CONCRETE' / parete destra&HOLE XB=4.0,4.2,0.1,1.30,0.0,2.10, DEVC_ID='timer1'/ porta&DEVC XYZ=4.0,0.7,1.05, ID='timer1' SETPOINT=30, QUANTITY='TIME' INITIAL_STATE=.FALSE./ APERTURA DELLA PORTA DOPO 30 secondi

&DEVC XYZ=0,2,1.5, ID='ROTTURA VETRI' SETPOINT=400, QUANTITY='TEMPERATURE' INITIAL_STATE=.FALSE./ APERTURA DELLA FINESTRA QUANDO T RAGGIUNGE 400°C

&OBST XB=‐0.1,4.1,0.0,4.0,3.0,3.05, SURF_IDS='CONCRETE'/ SOFFITTO&OBST XB=‐0.1,4.1,‐0.1,0.0,0.0,3.05, SURF_IDS='CONCRETE'/ PARETE&OBST XB=‐0.1,4.1,4.0,4.1,0.0,3.05, SURF_IDS='CONCRETE'/ PARETE

&VENT MB='YMIN' SURF_ID='OPEN'&VENT MB='YMAX' SURF_ID='OPEN'&VENT MB='XMIN' SURF_ID='OPEN'&VENT MB='XMAX' SURF_ID='OPEN'&VENT MB='ZMAX' SURF_ID='OPEN'/ SUPERFICI ESTERNE DEL DOMINIO DI CALCOLO


)



FOCOLAIO&OBST XB=1.50,2.50,1.50,2.50,0.0,0.5

SURF_IDS='INERT', 'INERT','INERT'/&VENT XB=1.5,2.5,1.5,2.5,0.5,0.5

SURF_ID='BURNER' / &SURF ID='BURNER', HRRPUA=6588.61, COLOR='RED',RAMP_Q='fireramp' / definizione della curva RHR‐t (modello t‐square) con picco di 6588.61 Kw

&RAMP ID='fireramp' T=0,F=0/&RAMP ID='fireramp' T=60,F=0.01/&RAMP ID='fireramp' T=120,F=0.02/&RAMP ID='fireramp' T=180,F=0.05/&RAMP ID='fireramp' T=240,F=0.1/&RAMP ID='fireramp' T=300,F=0.15/&RAMP ID='fireramp' T=360,F=0.22/&RAMP ID='fireramp' T=420,F=0.3/&RAMP ID='fireramp' T=540,F=0.49/&RAMP ID='fireramp' T=770,F=1/&RAMP ID='fireramp' T=1210.85,F=1/&RAMP ID='fireramp' T=1393.87,F=0/


)



QUANTITA' DI OUTPUT&DEVC ID='TEMPERATURA SOFFITTO', XYZ=2,2,3, QUANTITY='TEMPERATURE' /&DEVC ID='TEMPERTURA CENTRO COMPARTIMENTO', XYZ=2,2,1.5, QUANTITY='TEMPERATURE' /&DEVC ID='HRR', XB=2,2,2,2,3,3, QUANTITY='HRR' /&DEVC ID='HRR', XB=2,2,2,2,1.5,1.5, QUANTITY='HRR' /

&SLCF PBX=0, QUANTITY='TEMPERATURE' / &SLCF PBX=4, QUANTITY='TEMPERATURE' / &SLCF PBZ=2, QUANTITY='TEMPERATURE' /&SLCF PBY=2, QUANTITY='TEMPERATURE'/&SLCF XB=0.0,4.0,0.0,4,0.0,3.8, QUANTITY='TEMPERATURE' / MISURA DELLA TEMPERATURA MEDIA DELL'INTERO VOLUME INTERNO AL COMPARTIMENTO&SLCF XB=0.0,4.0,0.0,4,0.0,3.8, QUANTITY='HRRPUV' / &SLCF PBZ=1.5, QUANTITY='HRRPUA' / &SLCF PBX=2, QUANTITY='TEMPERATURE' / &DUMP PLOT3D_QUANTITY(1:5)='TEMPERATURE','U‐VELOCITY','V‐VELOCITY','W‐VELOCITY','HRRPUV'/&BNDF QUANTITY='WALL TEMPERATURE' / &TAIL /


)



VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI CON SMOKEVIEW


)



0,00E+00

1,00E+03

2,00E+03

3,00E+03

4,00E+03

5,00E+03

6,00E+03

7,00E+03

8,00E+03

9,00E+03

0,00E+00 2,00E+02 4,00E+02 6,00E+02 8,00E+02 1,00E+03 1,20E+03 1,40E+03 1,60E+03

HRR [kW]

tempo [s]

confronto curve HRR

curva HRR FDS HRR calcolata

VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI

Curva RHR‐tempo


)



0,00E+00

2,00E+02

4,00E+02

6,00E+02

8,00E+02

1,00E+03

1,20E+03

0,00E+00 5,00E+02 1,00E+03 1,50E+03 2,00E+03 2,50E+03

TEMPERA

TURA

[°C]

TEMPO [S]

curva naturale (FDS) curva parametrica

Curva Naturale vs Curva Parametrica:

VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI


ALTRO ESEMPIO DI SCRITTURA LISTATO FDS

La modellazione con il codice FDS ha lo scopo di simulare il reale incendio verificatosinella struttura con lo scopo di avvalorare tutte le ipotesi ricavate nelle fasiprecedenti. La modellazione quindi non ha solo lo scopo di poter progettarecorrettamente le strutture a livello antincendio ma anche di avvalorare ipotesiinvestigative.






CREARE IL LISTATO FDS ADOTTANDO UNA PROCEDURA GRAFICAIL SOFTWARE PYROSIM




CREARE IL LISTATO TRAMITE UNA PROCEDURA INVESTIGATIVASTRUCTURAL FIRE INVESTIGATION SOFTWARE

PSA - 151028 Modellazione con FDS - Ing. Marcello Mangione

Education

Transcript of PSA - 151028 Modellazione con FDS - Ing. Marcello Mangione