Моделирование с помощью метода конечных разностей и удаление дыма в подземных гаражах

Основой для проведения CFD-моделирования является анализ самых плохих сценариев развития пожара, характерных для данного помещения. Для их правильной подготовки требуются не только теоретические знания, но и прочные практические основы. Как правильно проводить CFD-моделирование? Йоанна Марзец, проектировщик отдела систем противопожарной вентиляции компании MERCOR S.A., делится своими знаниями и опытом.

Проведение CFD-моделирования очень важно в контексте проверки правильности проектирования установок дымоудаления. На этапе проектирования объекта это позволяет снизить возможные ошибки в проектировании и предусмотреть сценарий противопожарной защиты на основе прогнозируемых событий.

Что такое CFD-моделирование?

CFD, или вычислительная гидродинамика, — это раздел гидромеханики, использующий многочисленные методы решения задач о течениях жидкостей и газов. Благодаря численному решению дифференциальных уравнений с частными производными, описывающими поток, можно приблизительно определить распределение скорости, давления, температуры и других параметров потока. Чаще всего в таких исследованиях используется программное обеспечение Fire Dynamics Simulator (FDS), реализованное в виде графических интерфейсов, например PyroSim.

Как подготовить данные для CFD-моделирования?

При выполнении CFD-моделирования сначала следует создать трехмерную модель, как можно точнее воспроизводящую архитектуру анализируемого пространства. Следует также учесть наличие элементов дымоотвода или их отсутствие. Добавление таких элементов, как дымовые завесы, может существенно изменить результаты моделирования пожара и даже повлиять на то, будут ли результаты положительными или отрицательными (рис. 1.1 и 1.2).

На следующем этапе следует заполнить исходные данные, включая параметры пожара, в частности путем ввода соответствующей кривой мощности пожара во времени или параметров, характерных для горючего материала.

Рис. 1.1. Результаты моделирования пожара для двух легковых автомобилей без развернутого дымового занавеса.

Рис. 1.2. Результаты моделирования пожара для двух легковых автомобилей с затянутым дымовым занавесом — диапазон видимости

После запуска модели необходимо ввести исходные данные, в частности, параметры пожара, в частности путем: ввода соответствующей кривой «мощность-время» или параметров, характерных для горючего материала.

Рис. 2. График пожарной кривой для 3 обычных вагонов, созданный с помощью PyroSim

Зачем проводить CFD-моделирование?

Для таких помещений как гаражи на этапе проектирования перед моделированием ставятся несколько задач. Главная цель состоит в том, чтобы подтвердить правильность функционирования спроектированной системы или выявить ее недостатки и, возможно, усовершенствовать исходные предположения. Особенно в случае струйной противопожарной вентиляции, где при проектировании не применяются расчетные нормы, моделирование является незаменимым инструментом, поддерживающим этот процесс. Другой целью может быть проверка возможности оптимизации системы в целях минимизации затрат, а также проведение сравнительного анализа эффективности различных систем. Однако важно, чтобы разработка, хоть и трудоемкая, проводилась с должной тщательностью, а результаты отражали реальную ситуацию, не скрывая недостатков рассматриваемых решений.

Типичный сценарий

Моделирование должно основываться на проверке неблагоприятных сценариев пожара в конкретном гараже, включающих: пожары, расположенные на границе зон задымления из-за высокого риска задымления в соседней зоне; пожары в непосредственной близости от эвакуационных выходов, что может препятствовать безопасной эвакуации; пожары, расположенные вдали от точек вытяжки, что приводит к задымлению больших площадей гаража из-за переноса дыма; или пожары, расположенные непосредственно под устройствами для удаления дыма, что несет риск превышения температур, разрешенных для вентиляторов. Точность и надежность результатов будут зависеть от правильного выбора сценариев, а также от таких параметров, как мощность пожара, точность чертежей модели и выбор вычислительной сетки. Другим важным вопросом является правильная и точная интерпретация результатов и выводов, сделанных на этой основе, которые должны соотноситься с результатами, включенными в отчет о расчетах.

В случае моделирования CFD, а также во время проектных работ, ключевую роль играют автор исследования, его компетенция, точность и решения, принятые во время подготовки исследования.