PSA - Azione Incendio: modellazione - Gentili

LA MODELLAZIONE

L’AZIONE INCENDIO:

CORSO DI

PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO

A.A. 2012 - 2013

www.francobontempi.org

Prof. Ing. Franco Bontempi

Ing. Filippo Gentili

Facoltà di Ingegneria

Sapienza – Università di Roma

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PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIOwww.francobontempi.org

È il procedimento mediante il quale si determina il valore della temperatura dei gas nei pressi degli elementi costruttivi.

TECNICHE DI MODELLAZIONE

Il progettista sceglie

In tale fase, in generale, si stabiliscono

• i luoghi ove presumibilmente si possono verificare gli incendi, • la posizione delle sorgenti di innesco anche rispetto agli elementi strutturali, • i possibili scenari per la propagazione degli stessi a parti di strutture a non coinvolte

inizialmente, • i materiali che possono prendere parte alla combustione• l’andamento delle temperature dei gas negli ambienti e in prossimità degli elementi

strutturali.

approccio deterministico

approccio ingegneristico

con incendi “nominali”

con incendi “naturali”

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TIPOLOGIE DI CURVE TEMPERATURA – TEMPO

• Nominali

Il D.M. 09/03/2007 prende in considerazione due tipi di curve temperatura – tempo:

Applicate per l’intervallo di tempo di esposizione, senza alcuna fase di raffreddamento,

• Naturali Agiscono sugli elementi costruttivi per tutta la durata dell’incendio fino al ritorno nel compartimento della temperatura ambiente.

modelli d’incendio numerici semplificati

modelli d’incendio numerici avanzati

• Curve parametriche per incendio in compartimento• Curve parametriche per incendi dalle finestre di compartimento• Curve per incendi localizzati

• Modelli a zona

• Modelli di campo

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CURVE NOMINALI

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200

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600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100 120

θ [

C]

t [min]

Curva incendio standard

Curva incendio idrocarburi

Curva incendio esterno

• CURVA STANDARD – CURVA ISO 834

• CURVA DEL FUOCO ESTERNO

tempo in minuti

temperatura dei gas caldi al tempo espressa in °C

coefficiente di convezione dei gas caldi

• CURVA DEGLI IDROCARBURI



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T

t

Incendio reale

ISO 834

CARATTERISTICHE CURVE NOMINALI

Le curve di incendio nominali sono caratterizzate da:

• sono curve che rappresentano essenzialmente la fase post – flashover;

• non prevedono la fase di raffreddamento;

• impongono un unico valore della temperatura ambiente;

• il tratto iniziale è estremamente ripido trascurando, in sostanza, le fasi di

innesco e propagazione.

Lo sviluppo di un incendio reale,

ha un andamento differente

rispetto a quello rappresentato

dalla curva ISO 834

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CURVE PARAMETRICHE DI INCENDIO CONFINATO

Per la schematizzazione di un incendio nella fase di post – flashover

•Carico di incendio specifico;•Fattore di ventilazione O;•Caratteristiche delle pareti di delimitazione.

Curva parametrica da Eurocodice 1

fattore di ventilazione fattore di ventilazione di riferimento

inerzia termica inerzia termica di riferimento

tempo fittizio durata di riscaldamento

fattore adimensionale

Dipendono essenzialmente da:

(fase crescente)

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CURVE PARAMETRICHE PER INCENDI DALLE FINESTRE

INCENDI LOCALIZZATI

•Per verifica di elementi strutturali posti all’esterno di compartimenti incendiati

•Previste da EC EN 1991 – 1 – 2 EN 1993 – 1 – 2EN 1999 – 1 – 2

•Membrature metalliche

Modelli di pennacchio per fase di pre - flashover

Fiamma bassa Fiamma alta → Ceiling Jet

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MODELLI AUTOMATICI DI INCENDIO

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MODELLI A ZONE

• Sebbene le semplificazioni siano grossolane, modelli sono semplici e attendibili in determinate situazioni

le dimensioni del localele dimensioni ed il posizionamento delle aperture di ventilazione;le caratteristiche delle pareti che delimitano il locale;il potere calorifico, la temperatura di ignizione e la disposizione spaziale dei combustibili;la frazione della potenza termica totale rilasciata; concentrazione minima di ossigeno necessaria per far procedere il processo di combustione;la curva di variazione nel tempo della potenza termica totale rilasciata.

• Si risolvono separatamente le equazioni differenziali di conservazione dell’energia

termica, della massa e della quantità di moto in un piccolo numero di zone

• Le varie zone si scambiano tra loro massa e energia solo in

corrispondenza di una terza zona, che rappresenta il plume,

• Si ipotizza l’ambiente suddiviso in zone all’interno delle quali la temperatura, la densità e

la pressione siano uniformi ma variabili nel tempo;

• La suddivisione è lecita finché si è lontani da flashover, meno valida per spazi molto vasti o per

ambienti lunghi e strettiDati necessari

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In output il modello fornisce:• la temperatura (media) in ciascuno dei due strati;• la posizione dell’interfaccia delle due zone;• la concentrazione di ossigeno

CFAST

È stato sviluppato e distribuito freeware dal National Institute of Science and Technology (NIST)

• un indice di visibilità;• le portate di massa ed energia scambiate con l’ambiente

esterno e/o con altri compartimenti.

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OZONE

MODELLO A DUE ZONE MODELLO AD UNA ZONA

I risultati di OZone sono comparati con esperimenti a scala reale realizzati a Cardington, UK, effettuati dalla British Steel Technical

Il programma OZone V2.0 è stato sviluppato dall’Università di Liegi.

incendio pienamente sviluppatoincendio localizzato

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MODELLI DI CAMPO

I modelli di campo sono dei complessi modelli fluidodinamici di flussi turbolenti derivanti dalle classiche teorie della termodinamica.

I modelli numerici euleriani implementati in software commerciali di fluidodinamica computazionale (CFD) costituiscono di gran lunga la più raffinata possibilità di simulazione di incendio attualmente disponibile

(CFD) tramite integrazione numerica delle equazioni

differenziali rappresentative dei bilanci accoppiati di quantità di moto, energia e materia

campi vettoriali di velocità e scalari di temperatura e

concentrazione

Il compartimento è diviso in una griglia tridimensionale di piccoli cubetti.

Calcola le condizioni fisiche in ciascun cubetto come una

funzione del tempo.

Si tiene conto dei cambiamenti fisici del cubetto e dei cambiamenti di stato che si generano per effetto delle variazioni nei cubetti circostanti.

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CENNI DI FLUIDODINAMICA COMPUTAZIONALELe equazioni che governano il comportamento dei fluidi sono conosciute da 150 anni.

Le difficoltà sono legate a tre aspetti:• enorme numero di scenari possibili d’incendio• il potere computazionale è limitato• il combustibile non sempre è quello previsto

• Flessibilità

• Fenomeni turbolenza

• Onere computazionale

Dati di input: Dati di output:

Vengono risolte set di equazioni differenziali tridimensionali, dipendenti dal tempo, non lineari, note come equazioni di Navier – Stokes

Caratteristiche della CFD:

• Geometria

• Materiali

• HRR

• Evoluzione del fenomeno

• Temperatura

• Altezza dei fumi

• Portate

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AFFIDABILITÀ DEI MODELLI DI INCENDIO

• ISO 13387: • Verifica riguardo l’aderenza della rappresentazione del fenomeno fisico

• Verifica riguardo l’accuratezza matematica

ASTM E 1355 - 97:

• Analisi di sensibilità

• Accuratezza della previsione

• Caratteristiche di incertezza e di flessibilità rispetto ai dati sperimentali

• Caratteristiche principali di un modello (studi di fattibilità, descrizione basi teoriche,

definizione del tipo di incendio, ipotesi principali, limiti di applicazione)

Standard guide for evaluating the capability of deterministic fire models

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FDS: GENERALITÀ

Fire Dynamic Simulator (FDS) è stato sviluppato dalla Fire Research Divisionpresso il Building and Fire Research Laboratory (BFRL) del National Institute of Science and Technology (NIST).

Risolve una forma approssimata delle equazioni di Navier – Stokes appropriata per le

applicazioni con basso numero di MachÈ scritto in linguaggio Fortran 90/95

UTILIZZI PREVISTI

• trasmissione a bassa velocità di calore e prodotti di combustione dal fuoco;• trasmissione di calore per irraggiamento e convezione tra gas e superfici solide;• pirolisi;• diffusione della fiamma e crescita dell’incendio;• sprinkler, rilevatori di calore e di fumo.

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FDS: GENERALITÀ

MODELLI DEL SOLUTORE DATI DI INPUT DATI DI OUTPUT

I parametri in file di testo

• Dimensioni della griglia

• Ambiente circostante

• Geometria dell’edificio

• Proprietà dei materiali

• Caratteristiche della combustione

• Quantità di output richieste

La griglia è una o più mesh di celle

uniformi Tutti gli elementi devono

avere dimensioni conformi alla griglia

• Temperatura dei gas

• Velocità di gas

• Concentrazione dei gas

• Concentrazione dei prodotti

di combustione

• Visibilità

• Pressione

• Tempo di attivazione di

erogatori sprinkler e di

rivelatori di calore o di fumo

• Flussi di massa e di energia

• Modello idrodinamico

• Modello di combustione

• Trasmissione per irraggiamento

• Sprinkler e rilevatori

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FDS: POTENZIALITÀ E LIMITI

• FDS simula flusso in condizioni di pre – flashover

• FDS è usato per analisi predittive degli scenari di incendio

• Non è adatto in ogni condizione che comporti ristagno di flusso, con scarse aperture di ventilazione, flashover prolungato

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POTENZIALITÀ

• FDS è sfruttato per l’individuazione delle cause di incendio

Sensibilità dei modelli in diverse condizioni di scenario:

Simulazione per la ricostruzione del disastro dell’ 11 settembre 2001

al World Trade Center (WTC) di New York.

• Carico di incendio circa 900 MJ/mq

• Mesh variabile tra i 40 e 10 cm

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LIMITAZIONI

• Bassa velocità del flusso

• Geometria rettilinea Tecnica del SAWTOOTH per gli effetti al contorno

• Combustione Modello di combustione basato sulla mixture fraction

• Irraggiamento Equazioni di trasporto per irraggiamento risolte sulla tecnica della FVM

Affidabile per valori del numero di Mach inferiore a 0.3

Solo fluidi incomprimibiliNo per detonazioni ed esplosioni

• Buona affidabilità se è conosciuta la curva RHR

Se l’ambiente è poco ventilato, il combustibile e l’ossigeno

sono miscelati ma non bruciano

Distribuzione non uniforme lontano dalla sorgente di irraggiamento

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PRE PROCESSOR: struttura del file

Group Name Namelist Group Description Group Name Namelist Group Description

BNDF Boundary File Output PROF Profile Output

CTRL Control Function Parameters PROP Device Property

DEVC Device Parameters RADI Radiation

DUMP Output Parameters RAMP Ramp Profile

HEAD Input File Header REAC Reactions

HOLE Obstruction Cutout SLCF Slice File Output

INIT Initial Condition SPEC Species Parameters

ISOF Isosurface File Output SURF Surface Properties

MATL Material Property TIME Simulation Time

MESH Mesh Parameters TRNX Mesh Stretching

MISC Miscellaneous VENT Vent Parameters

OBST Obstruction ZONE Pressure Zone Parameters

PART Lagrangian Particle

NAMELIST

TIME

SPACE

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NAMELIST

TIME

SPACE

&TIME, T_END=5400. /

Ci sono due condizioni da rispettare:

Il time step è così calcolato:

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NAMELIST

TIME

SPACE

&MESH, IJK=10,20,30. XB=0.0,1.0,0.0,2.0,0.0,3.0 /

2 3 4 5 6 8 9 10 12 15 16 18 20 24 25

27 30 32 36 40 45 48 50 54 60 64 72 75 80 81

90 96 100 108 120 125 128 135 144 150 160 162 180 192 200

216 225 240 243 250 256 270 288 300 320 324 360 375 384 400

405 432 450 480 486 500 512 540 576 600 625 640 648 675 720

729 750 768 800 810 864 900 960 972 1000 1024

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NAMELIST

TIME

SPACE

Questo è l’ideale allineamento tra mesh;

Questo è un allineamento consentito in

quanto c’è corrispondenza tra la mesh più

fitta e quella più grossolana;

Questo è permesso, ma di dubbio valore;

Questo non è permesso in

FDS 5.1.

MESH MULTIPLA

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PRE – PROCESSOR: comandi principaliOBST

HOLE

VENT

SURF MATL

DEVC

REAC

&HOLE XB=2.0,4.5,1.9,4.8,0.0,9.2 /

&VENT XB=1.0,2.0,2.0,2.0,1.0,3.0, SURF_ID='hot patch' /

&OBST XB= 3.00, 5.00, 3.00, 5.00, 0.00, 0.20, SURF_ID='UPHOLSTERY' /

&SURF ID = 'BRICK WALL'

MATL_ID = 'BRICK'

COLOR = 'RED'

BACKING = 'EXPOSED'

THICKNESS = 0.20 /

&MATL ID = 'MARINITE'

EMISSIVITY = 0.8

DENSITY = 737.

SPECIFIC_HEAT_RAMP = 'c_ramp'

CONDUCTIVITY_RAMP = 'k_ramp' /

&RAMP ID='k_ramp', T= 24., F=0.13 /

&RAMP ID='k_ramp', T=149., F=0.12 /

&RAMP ID='k_ramp', T=538., F=0.12 /

&RAMP ID='c_ramp', T= 93., F=1.172 /

&RAMP ID='c_ramp', T=205., F=1.255 /

&RAMP ID='c_ramp', T=316., F=1.339 /

&RAMP ID='c_ramp', T=425., F=1.423 /

&REAC ID = 'ACRYLONITRILE'

C = 3.

H = 3.

N = 1.

HEAT_OF_COMBUSTION = 24500.

IDEAL = .TRUE. /

&DEVC ID='TC-23', XYZ=3.0,5.6,2.3, QUANTITY='TEMPERATURE' /

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FDS: SOLVER

Le derivate parziali delle equazioni della conservazione della massa, del

momento e della energia sono approssimate alle differenze finite

Modello fluidodinamico

Modello di combustione

Irraggiamento termico

Rilevatori di incendio

Modello di fase solida

La soluzione è valutata nel tempo nelle tre dimensioni con una griglia rettangolare.

L’irraggiamento termico è valutato usando una tecnica ai volumi finiti

che sfrutta la stessa griglia utilizzata per lo studio del flusso.

Il simulatore utilizza inoltre un approccio di tipo Lagrangiano per simulare il movimento dei fumi e

l’iniezione di acqua allo stato liquido dagli sprinklers.

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SOLVERConservazione

della massa

Seconda legge

di Newton

Entalpia

Equazione di stato

per i gas perfetti






densità accelerazione di gravità

vettore velocità tensore delle tensioni viscose

quantità di massa prodotta di

particolato

coefficiente di calore rilasciato per

unità di volume

pressione vettore delle forze esterne

entalpia k conduttività termica

energia trasferita ai gas evaporati peso molecolare della miscela gassosa

costante universale dei gas temperatura

dove:

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Metodo della mixture fraction: il calcolo di una

quantità scalare Z che in ogni cella del campo

stabilisce, ad ogni passo di calcolo, se ha lo

combustione oppure no: in presenza di combustione

l’elemento di volume viene riscaldato dal rilascio

termico e poi colorato in modo da mostrare la

presenza della fiamma

SOLVER

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calore trasmesso per irraggiamento

intensità radiativa di un corpo nero

intensità radiativa integrata

conducibilità termica

intensità radiativa

vettore direzione della intensità radiativa

dove

SOLVER

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densità del solido calore specifico del solido

coefficiente di calore rilasciato

per unità di volume del solido

coefficiente di rilascio termico specifico

per unità di area definito dall’utente

conducibilità del solido numero di Reynolds

temperatura del solido numero di Prandtl

rampa temporale costante di Stefan – Boltzmann

coefficiente di rilascio termico specifico

calore di

conduzione

coefficiente di rilascio

termico specifico

conduttivitàcapacità di calore

volumetrico

trasferimento di calore per irraggiamento

trasferimento di calore per convezione

condizioni al contorno

SOLVER

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Attivazione dello sprinkler

Rilevatore di calore






temperatura del collegamento

temperatura dei gas nell’intorno

velocità del flusso

temperatura dello sprinkler (ambiente)

tempo di risposta (sperimentale)

costante sperimentale

frazione volumetrica di acqua presente nel flusso di gas

costante empirica

dove

SOLVER

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POST PROCESSOR

0

1'000

2'000

3'000

4'000

5'000

6'000

0 500 1'000 1'500 2'000

RH

R (

kW)

Tempo (sec)

RHR (kW)

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PROCEDURA DI ANALISI

File di testo

FDS

Smokeview

PYROSIM

Permette visualizzazione risultatimonitoraggio durante analisi

Non preciso come pre – processor

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BENCHMARK

INFLUENZA DELLA MESH

• Influenza della mesh

• Capacità di un oggetto di incendiarsi

• Quantità di ossigeno

Modellazione della sorgente

Scenario scalato

Interazione tra oggetti

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0

100

200

300

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500

600

0 200 400 600 800 1'000

θ[º

C]

t [s]100 cm 50 cm 25 cm 20 cm

0

100

200

300

400

500

600

700

0 200 400 600 800 1'000

θ[º

C]

t [s]100 cm 50 cm 25 cm 20 cm

Mesh 100 cm Mesh 50 cm Mesh 25 cm Mesh 20 cm

Numero celle 360 2880 23040 45000

Tempo di elaborazione

20 sec 2 min 35 min 2 ore

∂t iniziale 0.5 s 0.31498 s 0.12500 0.10

ModelloCelle

sorgente

Mesh 100 cm 1

Mesh 50 cm 4

Mesh 25 cm 16

Mesh 20 cm 25

MODELLAZIONE SORGENTE

TEMPERATURA SORGENTE TEMPERATURA APERTURA

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Mesh 100 cm Mesh 50 cm Mesh 25 cm Mesh 20 cm

Numero celle 180 1440 11520 22500

Calcolatore

Intel Pentium M

CPU 1.73 GHz

RAM 2.00 GHz

Intel Pentium M

CPU 1.73 GHz

RAM 2.00 GHz

Intel Xeon

CPU 3.6 GHz

RAM 3.93 GHz

Intel Xeon

CPU 3.6 GHz

RAM 3.93 GHz


1 min 1 min 4 min 11 min

∂t iniziale 0.91287 s 0.45644 s 0.22822 s 0.18257 s

&MATL ID = 'PLASTIC‘CONDUCTIVITY = 0.2SPECIFIC_HEAT = 1.5DENSITY = 1500.N_REACTIONS = 1HEAT_OF_REACTION = 3000. HEAT_OF_COMBUSTION = 25000. REFERENCE_TEMPERATURE = 400.NU_FUEL = 1.0 /

SCENARIO SCALATO

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0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]

100 cm 50 cm

25 cm 20 cm

0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500

θ [º

C]

t [s]

100 cm 50 cm

25 cm 20 cm

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200

HR

R [

kW

]

t [s]

100 cm 50 cm

25 cm 20 cm

TEMPERATURA SOFFITTO

SCENARIO SCALATO

TEMPERATURA SORGENTE

RHR

860

880

900

920

940

960

980

1000

1020

0 5000 10000 15000 20000 25000

θ[º

C]

Numero elementi

100 cm 50 cm

25 cm 20 cm

CONVERGENZA TEMPERATURA

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MODELLO 50 CM

SCENARIO SCALATO

MODELLO 100 CM

MODELLO 20 CMMODELLO 25 CM

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INTERAZIONE TRA OGGETTI

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 40 80 120 160 200

HR

R [

kW

]

t [s]

5 m

4 m

3 m

2 m

1 m

1 oggetto

HRRTEMP. SOFFITTO OGGETTO A 1 METRO

0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500

θ [º

C]

t [s]

100 cm 100 sorgente

50 cm 50 sorgente

25 cm 25 sorgente

20 cm 20 sorgente

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INTERAZIONE TRA OGGETTI

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]

100 cm 100 sorgente

50 cm 50 sorgente

25 cm 25 sorgente

20 cm 20 sorgente

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500

θ [º

C]

t [s]

100 cm 100 sorgente

50 cm 50 sorgente

25 cm 25 sorgente

20 cm 20 sorgente

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]

100 cm 100 sorgente

50 cm 50 sorgente

25 cm 25 sorgente

20 cm 20 sorgente

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]

100 cm 100 sorgente

50 cm 50 sorgente

25 cm 25 sorgente

20 cm 20 sorgente

TEMP. SOFFITTO OGGETTO A 5 METRI TEMP. SOFFITTO OGGETTO A 4 METRI

TEMP. SOFFITTO OGGETTO A 3 METRI TEMP. SOFFITTO OGGETTO A 2 METRI

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

40/72


CAPACITÀ DI UN OGGETTO DI INCENDIARSI

&MATL ID = 'FABRIC' SPECIFIC_HEAT = 1.0HRRDENSITY = 100.0 /

&SURF ID = 'FABRIC‘ COLOR = 'BLUE‘MATL_ID = 'FABRIC' IGNITION_TEMPERATURE = 290.HRRPUA =9000.RAMP_Q ='fire_ramp‘THICKNESS = 0.01 /

&RAMP ID='fire_ramp', T=100.0, F=0.0/&RAMP ID='fire_ramp', T=150.0, F=1.0/&RAMP ID='fire_ramp', T=200.0, F=1.0/&RAMP ID='fire_ramp', T=500.0, F=0.0/

ACCENSIONE IMPOSTA

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

41/72


TEMPERATURA OGGETTO MODELLO MESH 100 CM

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200 250

HR

R [

kW

]

t [s]

singola accensione doppia accensione

INCENDIO DOPO 200 SECONDI

0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]


0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]


TEMPERATURA OGGETTO MODELLO MESH 20 CM

HRR

ACCENSIONE IMPOSTA

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

42/72


0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500

θ[º

C]

t [s]

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 100 200 300 400 500

HR

R [

kW

]

t [s]

QUANTITÀ DI OSSIGENO NECESSARIA

DIR. LUNGH.

X 6 m

Y 50 m

Z 3 m

HRRTEMP. SECONDO OGGETTO

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

43/72


QUANTITÀ DI OSSIGENO NECESSARIA

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

44/72


• Il focolaio di incendio viene ben rappresentato anche ricorrendo a pochi elementi;

• La dimensione della griglia è un aspetto fondamentale per lo sviluppo dell’incendio: un infittimento non sufficiente può simulare un evento non realistico;

• Per cogliere l’interazione tra due oggetti FDS ha bisogno di avere più di una cella tra i due elementi compresi;

• Lo sviluppo dell’incendio non dipende esclusivamente dal picco di temperatura raggiunta: un ruolo centrale lo svolge il quantitativo di ossigeno; questo aspetto viene colto bene da FDS.

RIEPILOGO BENCHMARK

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

45/72


APPLICAZIONE IN UN BLIND TEST81

20

4000

400

166

040

01

660

13000

6700

400

200

4000

1780

6700

750 2150 500 2400 900

105

0

2150

1300

5200

30002000

1000

1060Roof opening 1

Roof opening 2

Door

Fire Room

Hole

Window betweenRoom and Atrium

Atrium

500

• Altezza dello strato dei fumi;

• Portata volumetrica d’aria fresca alla porta dell’atrio;

• Temperatura media dei fumi all’apertura 1;

• Portata volumetrica all’apertura 1;

• Temperatura media dei fumi all’apertura 2;

• Portata volumetrica all’apertura 2.

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

46/72


DATI DEL PROBLEMA

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

47/72


SOCIETÀ

MODELLI

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

48/72


ANALISI DI SENSIBILITÀ: INFLUENZA DELLA MESH

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

49/72


INFLUENZA DELLA MESH: MODELLI STUDIATI

GRIGLIA

TEMPO

&MESH IJK=20,26,13, XB=2.0,6.0,6.8,12.0,1.4,4.0 / &MESH IJK=40,34,50, XB=0.0,8.0,0.0,6.8,0.0,10.0 /

&TIME T_END=600.0 /

&SURF ID ='BURNER', HRRPUA=3590., COLOR=RASPBERRY' /POTENZA TERMICA

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

50/72


INFLUENZA DELLA MESH: DESCRIZIONE DEI MODELLI

SUPERFICI MATERIALI

&SURF ID = 'WALL‘

RGB = 200,200,200

MATL_ID = 'GYPSUM PLASTER'

THICKNESS = 0.02 /

&MATL ID = 'GYPSUM PLASTER'

FYI = 'Quintiere, Fire Behavior'

CONDUCTIVITY = 0.48

SPECIFIC_HEAT = 0.84

DENSITY = 1440. /

&VENT XB= 0.00, 0.00, 2.00, 5.00, 0.00, 2.00, SURF_ID='OPEN' / PORTA

&VENT XB= 3.00, 5.00, 6.80, 6.80, 2.40, 3.60, SURF_ID='OPEN' / FINESTRA

&VENT XB= 0.00,8.00,0.00,6.80,0.00,0.00, SURF_ID='WALL' / PAVIMENTO ATRIO

&VENT XB= 6.00, 7.00, 3.60, 6.00, 10.00, 10.00, SURF_ID='OPEN' / APERTURA SOFFITTO 1

&VENT XB= 3.00, 5.20, 4.00, 5.00, 10.00, 10.00, SURF_ID='OPEN' / APERTURA SOFFITTO 2

&OBST XB= 2.00,6.00,6.80,12.00,1.40,1.40, SURF_ID='WALL' / PAVIMENTO STANZA

&VENT XB= 2.00, 2.60, 12.00, 12.00, 2.00, 2.60, SURF_ID='OPEN' / APERTURA MURO

&VENT XB= 3.60, 4.60, 9.00, 10.00, 1.40, 1.40, SURF_ID='BURNER' / SORGENTE DI IGNIZIONE

OGGETTI

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

51/72


INFLUENZA DELLA MESH: DESCRIZIONE DEI MODELLI

RILEVATORI PORTATA

&DEVC XB=3.6,3.6,3.2,3.2,0.0,10.0, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='ALTEZZA DEI FUMI 1' /

&DEVC XB=6.00, 7.00, 3.60, 6.00, 10.00, 10.00, QUANTITY='VOLUME FLOW +',

ID='PORTATA APERTURA 1 USCENTE' /

&DEVC XB=6.00, 7.00, 3.60, 6.00, 10.00, 10.00, QUANTITY='VOLUME FLOW -',

ID='PORTATA APERTURA 1 ENTRANTE' /

&DEVC XYZ=6.0,3.6,10.0, QUANTITY='TEMPERATURE' / TEMPERATURA APERTURA 1

RILEVATORI ALTEZZA DEI FUMI

RILEVATORI TEMPERATURA

Ogni rilevazione è stata ottenuta attraverso il valor medio di 9 stazioni confinanti, valutando così anche la dispersione del risultato

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

52/72


0

40

80

120

160

200

0 100 200 300 400 500 600

θ[º

C]

t [s]

Mesh 50 cm

Mesh 40 cm

Mesh 30 cm

Mesh 20 cm

151154

153 152

0

40

80

120

160

200

0 20000 40000 60000 80000

θ [º

C]

Numero celle

INFLUENZA DELLA MESH: TEMPERATURA

0

40

80

120

160

200

0 100 200 300 400 500 600

θ[º

C]

t [s]

Mesh 50 cm

Mesh 40 cm

Mesh 30 cm

Mesh 20 cm

153157

161 160

0

40

80

120

160

200

0 20000 40000 60000 80000θ

[ºC

]Numero celle

APERTURA 1

APERTURA 2

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

53/72


0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 100 200 300 400 500 600

Q [

m3

/h]

t [s]

Mesh 50 cm

Mesh 40 cm

Mesh 30 cm

Mesh 20 cm

40632

49045

41674 43517

0

15000

30000

45000

60000

75000

90000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Q [

m3

/h]

Numero celle

INFLUENZA DELLA MESH: PORTATA

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 100 200 300 400 500 600

Q [

m3

/h]

t [s]

Mesh 50 cm

Mesh 40 cm

Mesh 30 cm

Mesh 20 cm

55271

43219 42982 43269

0

15000

30000

45000

60000

75000

90000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Q [

m3

/h]

Numero celle

APERTURA 1

APERTURA 2

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

54/72


INFLUENZA DELLA MESH:

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 100 200 300 400 500 600

Q [

m3

/h]

t [s]

Mesh 50 cm

Mesh 40 cm

Mesh 30 cm

Mesh 20 cm

61440

59289

5598958761

0

15000

30000

45000

60000

75000

90000

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

Q [

m3

/h]

Numero celle

2.77

2.90

3.523.66

0

2

4

6

8

10

0 20000 40000 60000 80000A

ltez

za d

ei f

um

i [m

]Numero celle

0

2

4

6

8

10

0 100 200 300 400 500 600

Alt

ezza

dei

fu

mi

[m]

t [s]

Mesh 50 cm

Mesh 40 cm

Mesh 30 cm

Mesh 20 cm

PORTATA PORTA

ALTEZZA DEI FUMI

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

55/72


CONFRONTO TEMPERATURA A 300 SECONDI

MODELLO 20 CM

MODELLO 20 CM

MODELLO 40 CM

MODELLO 50 CM

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

56/72


CONFRONTO ALTEZZA DEI FUMI A 300 SECONDI

MODELLO 20 CM

MODELLO 20 CM

MODELLO 40 CM

MODELLO 50 CM

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

57/72


INFLUENZA DELLE CONDIZIONI AL CONTORNO

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

58/72


CONDIZIONI AL CONTORNO: MODELLI STUDIATI

Modello Uno Modello Due Modello Tre Modello Quattro Modello Cinque

Numero celle 288000 372000 392000 424500 435750

CalcolatoreIntel Xeon

CPU 3.6 GHzRAM 3.93 GHz

Intel XeonCPU 3.6 GHz

RAM 3.93 GHz


RAM 3.93 GHz


RAM 3.93 GHz


RAM 3.93 GHz


20 ore 22 ore 22 ore 24 ore 25 ore

iniziale

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

59/72


CONDIZIONI AL CONTORNO: DESCRIZIONE DEI MODELLI

&MESH IJK=60,80,60, XB=-2.0,10.0,-2.0,14.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=60,80,60, XB=-2.0,10.0,-2.0,14.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=-6.0,-2.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=10.0,14.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,-6.0,-2.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,14.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=50,60,10, XB=-6.0,14.0,-6.0,18.0,12.0,16.0 /

&MESH IJK=60,80,60, XB=-2.0,10.0,-2.0,14.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=-6.0,-2.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=10.0,14.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,-6.0,-2.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,14.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=50,60,10, XB=-6.0,14.0,-6.0,18.0,12.0,16.0 /

&MESH IJK=5,40,20, XB=-10.0,-6.0,-10.0,22.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=5,40,20, XB=14.0,18.0,-10.0,22.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=25,5,20, XB=-6.0,14.0,-10.0,-6.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=25,5,20, XB=-6.0,14.0,18.0,22.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=35,40,5, XB=-10.0,18.0,-10.0,22.0,16.0,20.0 /

MESH MODELLO UNO

MESH MODELLO DUE

MESH MODELLO TRE

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

60/72


CONDIZIONI AL CONTORNO: DESCRIZIONE DEI MODELLI

&MESH IJK=60,80,60, XB=-2.0,10.0,-2.0,14.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=-6.0,-2.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=10.0,14.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,-6.0,-2.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,14.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=50,60,10, XB=-6.0,14.0,-6.0,18.0,12.0,16.0 /

&MESH IJK=10,50,20,XB=-14.0,-6.0,-14.0,26.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=10,50,20, XB=14.0,22.0,-14.0,26.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=25,10,20, XB=-6.0,14.0,-14.0,-6.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=25,10,20, XB=-6.0,14.0,18.0,26.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=45,50,10, XB=-14.0,22.0,-14.0,26.0,16.0,24.0 /

&MESH IJK=60,80,60, XB=-2.0,10.0,-2.0,14.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=-6.0,-2.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=10,60,30, XB=10.0,14.0,-6.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,-6.0,-2.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=30,10,30, XB=-2.0,10.0,14.0,18.0,0.0,12.0 /

&MESH IJK=50,60,10, XB=-6.0,14.0,-6.0,18.0,12.0,16.0 /

&MESH IJK=10,50,20, XB=-14.0,-6.0,-14.0,26.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=10,50,20, XB=14.0,22.0,-14.0,26.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=25,10,20, XB=-6.0,14.0,-14.0,-6.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=25,10,20, XB=-6.0,14.0,18.0,26.0,0.0,16.0 /

&MESH IJK=45,50,15, XB=-14.0,22.0,-14.0,26.0,16.0,28.0 /

MESH MODELLO QUATTRO MESH MODELLO CINQUE

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

61/72


PUNTOcc 2m cc 6m cc 10m cc 14m cc 18m

[°C] [°C] [°C] [°C] [°C]

A

MEDIA 202.84 106.13 87.31 72.08 71.71

MIN 193.68 78.25 53.85 34.40 31.80

MAX 212.73 142.36 126.76 118.27 121.17


[°C] [°C] [°C] [°C] [°C]

B

MEDIA 89.26 42.36 26.78 23.67 23.23

MIN 84.82 40.23 26.60 23.70 23.25

MAX 93.23 44.09 26.88 23.55 23.11

CONDIZIONI AL CONTORNO: PUNTI ESTERNI

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

62/72



[°C] [°C] [°C] [°C] [°C]

C

MEDIA 90.89 41.58 27.08 23.89 23.45

MIN 86.77 38.81 26.70 23.67 23.30

MAX 94.06 43.99 27.33 24.02 23.55

CONDIZIONI AL CONTORNO: VOLUME SIGNIFICATIVO

0

50

100

150

200

250

0 3 6 9 12 15 18

θ[º

C]

Estensione dominio [m]

A

B

C

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

63/72


STIMA DEI PARAMETRI FONDAMENTALI

y = 9.6895ln(x) + 19.759

y = 1.7678ln(x) + 13.209

y = 18.27ln(x) + 21.065

0

40

80

120

160

200

0 100 200 300 400 500 600

θ[º

C]

t [s]

media

min

max

Andamento della temperatura nel tempo nel piano dell’apertura 1

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

64/72


y = 19.468ln(x) + 51.273

y = 9.4437ln(x) + 32.323

y = 0.5311ln(x) + 19.439

0

40

80

120

160

200

240

0 100 200 300 400 500 600

θ[º

C]

t [s]

max

media

min


Andamento della temperatura nel tempo nel piano dell’apertura 2

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

65/72



y = 1849.9ln(x) + 20159

0

10'000

20'000

30'000

40'000

50'000

0 100 200 300 400 500 600

Q [

m3

/h]

t [s]

y = 4868ln(x) + 1263.2

0

5'000

10'000

15'000

20'000

25'000

30'000

35'000

0 100 200 300 400 500 600Q

[m

3/h

]t [s]

Andamento della portata nel tempo

nell’apertura 1


nell’apertura 2y = 5179.5ln(x) + 11432

0

10'000

20'000

30'000

40'000

50'000

60'000

0 100 200 300 400 500 600Q

[m

3/h

]t [s]


nella porta

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

66/72



Andamento della visibilità nel tempo nel piano dell’apertura 1

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

67/72



Andamento della altezza dei fumi

y = -0.597ln(x) + 8.3994

y = -0.59ln(x) + 8.0788

y = -0.567ln(x) + 7.6448

0

2

4

6

8

10

0 100 200 300 400 500 600

Alt

ezza

dei

fu

mi

[m

]

t [s]

max

media

min

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

68/72



Contributo dell’apertura laterale

0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

3'500

4'000

4'500

5'000

0 100 200 300 400 500 600

Q [

m3

/h]

t [s]

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

69/72


CONFRONTO DEI RISULTATI

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

70/72


0

50

100

150

200

250

300

0 100000 200000 300000 400000 500000

θ [º

C]

Numero celle

AFC 1

AFC 2

ETH

Prova A

Prova B

Imtech

COWI

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 100000 200000 300000 400000 500000

Q [

m3

/h]

Numero celle

AFC 1

AFC 2

ETH

Prova A

Prova B

Imtech

0

50

100

150

200

250

300

0 100000 200000 300000 400000 500000

θ [º

C]

Numero celle

AFC 1

AFC 2

ETH

Prova A

Prova B

Imtech

COWI

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 100000 200000 300000 400000 500000

Q [

m3

/h]

Numero celle

AFC 1

AFC 2

ETH

Prova A

Prova B

Imtech

Temperatura – Apertura 1

Portata – Apertura 2

CONFRONTO DEI RISULTATITemperatura – Apertura 2

Portata – Apertura 1

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

71/72


Portata – Porta

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 100000 200000 300000 400000 500000

Q [

m3

/h]

Numero celle

AFC 1

AFC 2

ETH

Prova A

Prova B

Imtech0

2

4

6

8

10

0 100000 200000 300000 400000 500000

Alt

ezza

dei

fu

mi

[m]

Numero celle

AFC 1

AFC 2

ETH

Prova A

Prova B

Imtech

Altezza dei fumi


L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

72/72


Finestra interna


Ipotesi su curve RHR

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

0 500 1000 1500 2000

Po

ten

za te

rmic

a [k

W]

t [s]

Prova A - FDS

Prova A - Teorica

Prova B - FDS

Prova B - teorica

y = 108.92ln(x) + 71.965

y = 11.773ln(x) - 13.901

y = 175.09ln(x) + 99.283

0

200

400

600

800

1'000

1'200

1'400

1'600

0 100 200 300 400 500 600

θ[º

C]

t [s]

media

min

max

y = -0.0003x2 + 0.5421x + 30.978

y = -7E-05x2 + 0.1447x + 4.862

y = -0.0003x2 + 0.7557x + 143.56

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1000 1500 2000

θ [º

C]

t [s]

media

min

max

y = 171.22ln(x) + 1553.3

0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

3'500

4'000

4'500

5'000

0 100 200 300 400 500 600

Q [

m3

/h]

t [s]

y = -0.0115x2 + 23.333x + 3411.8

0

2'000

4'000

6'000

8'000

10'000

12'000

14'000

16'000

18'000

20'000

0 500 1000 1500 2000

Q [

m3

/h]

t [s]

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

73/72


7373

L’a

zione ince

ndio

: il

fenom

eno f

isic

o

74/72


74

StroNGER S.r.l. Research Spin-off for Structures of the Next Generation

Energy Harvesting and Resilience

Rome – Athens – Milan – Nice Cote Azur

Sede operativa: Via Giacomo Peroni 442-444, Tecnopolo Tiburtino,

00131 Roma (ITALY) – [email protected]

PSA - Azione Incendio: modellazione - Gentili

Education

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