Моделювання методом CFD та видалення диму в підземних гаражах

Основою для проведення CFD-моделювання є аналіз найгірших сценаріїв розвитку пожежі, характерних для даного приміщення. Для їх правильної підготовки потрібні не тільки теоретичні знання, а й міцні практичні основи. Як правильно проводити CFD-моделювання? Йоанна Марзець, проектувальник відділу систем протипожежної вентиляції компанії MERCOR S.A., ділиться своїми знаннями та досвідом.

Проведення CFD-моделювання є дуже важливим у контексті перевірки правильності проектування установок димовидалення. На етапі проектування об’єкта це дозволяє зменшити можливі помилки в проектуванні та передбачити сценарій протипожежного захисту на основі прогнозованих подій.

Що таке CFD-моделювання?

CFD, або обчислювальна гідродинаміка, — це розділ гідромеханіки, який використовує чисельні методи для розв’язання задач про течії рідин та газів. Завдяки чисельному вирішенню диференціальних рівнянь з частинними похідними, що описують потік, можна приблизно визначити розподіл швидкості, тиску, температури та інших параметрів потоку. Найчастіше в таких дослідженнях використовується програмне забезпечення Fire Dynamics Simulator (FDS), реалізоване у вигляді графічних інтерфейсів, наприклад, у PyroSim.

Як підготувати дані для CFD-моделювання?

При виконанні CFD-моделювання спочатку слід створити тривимірну модель, яка якомога точніше відтворює архітектуру аналізованого простору. Слід також врахувати наявність елементів димовідведення або їх відсутність. Додавання таких елементів, як димові завіси, може суттєво змінити результати моделювання пожежі та навіть безпосередньо вплинути на те, чи будуть результати позитивними чи негативними (рис. 1.1 та 1.2).

На наступному етапі слід заповнити вихідні дані, включаючи параметри пожежі, зокрема шляхом введення відповідної кривої потужності пожежі в часі або параметрів, характерних для горючого матеріалу.

Рис. 1.1. Результати моделювання пожежі для двох легкових автомобілів без розгорнутої димової завіси — діапазон видимості

Рис. 1.2. Результати моделювання пожежі для двох легкових автомобілів із затягнутою димовою завісою — діапазон видимості

Після запуску моделі необхідно ввести вихідні дані, зокрема параметри пожежі, зокрема шляхом: введення відповідної кривої «потужність-час» або параметрів, характерних для горючого матеріалу.

Рис. 2. Графік пожежної кривої для 3 звичайних вагонів, створений за допомогою PyroSim

Навіщо проводити CFD-моделювання?

Для таких приміщень, як гаражі, на етапі проектування перед моделюванням ставляться кілька завдань. Головна мета полягає в тому, щоб підтвердити правильність функціонування спроектованої системи або виявити її недоліки та, можливо, вдосконалити вихідні припущення. Особливо у випадку струменевої протипожежної вентиляції, де при проектуванні не застосовуються розрахункові норми, моделювання є незамінним інструментом, що підтримує цей процес. Іншою метою може бути перевірка можливості оптимізації системи з метою мінімізації витрат, а також проведення порівняльного аналізу ефективності різних систем. Однак важливо, щоб розробка, хоч і є трудомісткою, проводилася з належною ретельністю, а результати відображали реальну ситуацію, не приховуючи недоліків аналізованих рішень.

Типовий сценарій

Моделювання повинно базуватися на перевірці несприятливих сценаріїв пожежі в конкретному гаражі, які включають, серед іншого: пожежі, розташовані на межі зон задимлення через високий ризик задимлення в сусідній зоні; пожежі в безпосередній близькості від евакуаційних виходів, що може перешкоджати безпечній евакуації; пожежі, розташовані далеко від точок витяжки, що призводить до задимлення великих площ гаража через перенесення диму; або пожежі, розташовані безпосередньо під пристроями для видалення диму, що несе ризик перевищення температур, дозволених для вентиляторів. Точність і надійність результатів залежатимуть від правильного вибору сценаріїв, а також таких параметрів, як потужність пожежі, точність креслень моделі та вибір обчислювальної сітки. Іншим важливим питанням є правильна та точна інтерпретація самих результатів і висновків, зроблених на цій основі, які повинні співвідноситися з результатами, включеними до звіту про розрахунки.

У випадку CFD-моделювання, а також під час проектних робіт, ключову роль відіграють автор дослідження, його компетенція, точність та рішення, прийняті під час підготовки дослідження.