CFD BEST PRACTICE VED BRANDTEKNISK DIMENSIONERING

CFD BEST PRACTICE VED BRANDTEKNISK DIMENSIONERING MAJ/JUNI 2010 Af Morten Valkvist I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 1

HVEM ER JEG? Morten Valkvist (33 år) Uddannelse: 2002: Civilingeniør (anvendt brandsimulering) 2007: Ph.d. (fire safety eng.) og erhvervsforsker Arbejde: NIRAS: 2002-2002-2007 : Brandrådgiver 2004-2007 : ErhvervsPhD og brandrådgiver 2005 : NRC/Canada - forskning 2007- : Kompetencechef/Brand Kernekompetencer: CFD-brandmodellering Hot-smoke tests Fire safety engineering Funktionsbaserede brandkrav I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 2

BSR BRANDTEKNISK DOKUMENTATION BTA I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 3

BEST-PRACTICE CFD BEST-PRACTICE DOKUMENTET BEST-PRACTICE I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 4

BEST-PRACTICE CFD BEST-PRACTICE DOKUMENTET BEST-PRACTICE I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 5

CFD MODEL NATURLIGE AFKASTÅBNINGER A v : 1,3 m 2 Total: 18,2 m 2 A v : 3,4 m 2 Total: 13,6 m 2 11,5 m A v : 7,8 m 2 Total: 17,6 m 2 54 m 32 m I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 6

INPUT-FIL I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 7

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 8

GEOMETRI TEST AF MODELTÆTHED 7.00 2500 6.00 5.00 Leak 2000 No leak Pressure [Pa] 4.00 3.00 Pressure [Pa] 1500 1000 2.00 500 1.00 5 10 15 20 25 30 35 Time [s] Series1 5 10 15 20 25 30 35 Time [s] Series1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 9

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 10

DESIGN AF GRID KARAKTERISK DIAMETER Karakteristisk diameter [m]: D * p Ê = Á Á Ë r Q& c T c p g ˆ 2 / 5 Gridopløsning: n * i = D Dx * i i D * p D fysisk I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 11

DESIGN AF GRID - KURVER Gridopløsningskurver Qstar vs dx Qstar [-] 2.20 0.50 2.10 2.00 0.45 1.90 1.80 1.70 0.40 1.60 1.50 0.35 1.40 1.30 0.30 1.20 1.10 0.25 1.00 0.90 0.20 0.80 0.70 0.60 0.15 0.50 0.40 0.10 0.30 0.20 0.05 0.10 50 100 150 200 250 300 350 Heat Release Rate Per Unit Area [kw/m2] Qstar - 1 m Qstar - 2 m Qstar - 3 m Qstar - 4 m dx - 1 m dx - 2 m dx - 3 m dx - 4 m dx [m] I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 12 dx

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 13

GEOMETRI GRIDSTØRRELSE 0,125 m: 600 s 0,25 m: 560 s 0,25 m: 416 s 0,50 m: 388 s I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 14

BRAND - DESIGNBRAND A: Medium=0.012 kw/s 2 HRRPUA=250 kw/m 2 A b =4 m x 4 m=16 m 2 HRR=4.000 kw B: Fast=0.047 kw/s 2 HRRPUA=500 kw/m 2 A b =4 m x 4 m=16 m 2 HRR=8.000 kw 450 900 400 800 350 700 300 600 HRR [kw] 250 200 HRR [kw] 500 400 150 300 100 200 50 100 10 20 30 40 50 60 70 Time [s] 10 20 30 40 50 60 70 Time [s] Series1 Series2 Series1 Series2 578 s 412 s I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 15

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 16

BRAND - OVERFLADEAREAL 4 m x 4 m: 500 kw/m 2 : 375 s 1,75 m x 1,75 m, 2.500 kw/m 2 : 398 s 4 m x 4 m: 500 kw/m 2 : 475 s 1,75 m x 1,75 m, 2.500 kw/m 2 : 600 s I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 17

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 18

BRAND FORBRÆNDINGSTYPE/INDRETNING Let Tung Let D0=300 ob*m3/kg ΔHc,eff=15498 kj/kg Modificeret polystyrene D 0 =300 ob*m 3 /kg ΔH c,eff =35000 kj/kg I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 19

Fastlæggelse af C v -faktor m. CFD-modellering Aktuel Ventilator Beregning af C v0 iht. DS/EN 12101-2 Med/uden vindpåvirkning Opdriftsdrevet flow m& v Cv0 = 2r Dp 0. ( ) 5 v m&, r og Dp måles i CFD-modellen v v Lodret blænde (maks.) C v ~0.68 Aktuel I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 20

CFD-modellering af Horisontal Ventilator Metodikken er at 1: Modellere en aktuel ventilator som en kendt blænde åbning, herved elimineres afhængigheden af ventilatoreren i CFDmodellen. 2: Modellere en simpel åbning uden vena contracta i CFD-modellen. 1 2 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 21

CFD-modellering af Horisontal Ventilator I CFD-modellen modelleres uden vena contracta Vena contracta Uden VC Effektivitetsforskel med/uden VC Uden VC Vena contracta C A v, fds g, fds = = A A C g, fds g, hv v, fds C C v, av v, hv A g, av I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 22

CFD-modellering af Horisontal Ventilator Effektivitetsfaktoren C v,fds går mod en konstant For typiske temperaturer i smoke management C v, fds ª 0.9 Aerodynamisk areal: A g, fds A a, av C = C v, fds v, fds g, fds I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 23 = C C v, kv v, kv A A a, av

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 24

KONTROLRAPPORTEN AFSNIT #1 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 25

EVALUERING - TIDER TIL KRITISKE FORHOLD AFLÆSNING I SMOKEVIEW I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 26

INSTALLATIONER MANGLENDE ERSTATNINGSLUFT (NATUR) 1200 1000 Foreskrevet brandeffekt 800 HRR [kw] 600 400 200 Ventilationskontrol 50 100 150 200 250 300 350 400 Time [s] Series1 Series2 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 27

INSTALLATIONER MANGLENDE ERSTATNINGSLUFT (NATUR) Safety 2.50 0.16 Erstat. - Ud 0.14 2.00 0.12 Erstat. - Ind 0.10 VFR [m^3/s] VFR [m^3/s] 1.50 1.00 0.08 0.06 0.04 0.50 0.02 50 100 150 200 250 300 350 400 50 100 150 200 Time [s] Series1 Series2 Series3 Series4 250 300 350 400 Time [s] Series5 Series6 Series7 Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 14.00 6.00 Afkast - Ind 5.00 Afkast - Ud 12.00 1 VFR [m^3/s] VFR [m^3/s] 4.00 3.00 8.00 6.00 2.00 4.00 1.00 2.00 50 100 150 200 250 300 350 400 50 100 150 200 Series1 Series11 Series2 Series12 Series3 Series13 Series4 Series14 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt Series5 Series6 Series7 Series8 Series9 250 300 350 400 Time [s] Time [s] Series10 Series1 Series11 Series2 Series12 Series3 Series13 Series4 Series14 Series5 Series6 Series7 Series8 Series9 28 Series10

CFD MODEL MEKANISK VENTILATION dv/dt: 5 m 3 /s Total: 20 m 3 /s A v : 3,4 m 2 Total: 13,6 m 2 11,5 m A v : 7,8 m 2 Total: 17,6 m 2 54 m 32 m I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 29

INSTALLATIONER - TEMPERATURKLASSE 8 7 6 Placering: Lav 16 14 12 Placering: Høj 5 10 Temperature [ C] 4 3 Temperature [ C] 8 6 2 4 1 2 10 20 30 40 50 60 70 10 20 30 40 50 60 70 Time [s] Time [s] Series1 Series2 Series3 Series4 Series1 Series2 Series3 Series4 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 30

INSTALLATIONER MEKANISK BRANDVENTILATION 2 8.00 18.00 16.00 Erstat. - Ind 7.00 Erstat. - Ud 6.00 14.00 12.00 5.00 VFR [m^3/s] 1 VFR [m^3/s] 4.00 8.00 3.00 6.00 2.00 4.00 2.00 1.00 10 20 30 40 50 60 70 Time [s] Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 10 20 30 40 50 60 70 Time [s] Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 1.00 6.00 0.90 0.80 Afkast - Ind 5.00 0.70 0.60 4.00 VFR [m^3/s] 0.50 VFR [m^3/s] 3.00 0.40 0.30 0.20 0.10 2.00 1.00 Afkast - Ud 10 20 30 40 50 60 70 10 20 30 40 50 60 70 I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt Time [s] Time [s] 31 Series1 Series2 Series3 Series4 Series1 Series2 Series3 Series4

BRAND BRÆNDSELS-/VENTILATIONSKONTROL (MEKANISK) 1000 1000 900 900 800 800 700 700 600 600 HRR [kw] 500 400 300 Beregnet brandeffekt HRR [kw] 500 400 300 Foreskrevet brandeffekt 200 200 100 100 50 100 150 200 250 300 350 400 Time [s] Series1 Series2 Brændselskontrol 50 100 150 200 250 300 350 400 Time [s] Series1 Series2 Ventilationskontrol I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 32

SLUT! NRCC/MTQ: Full-scale fire test, Ville-Marie Tunnel, Montreal, CA I:\inf\pr-toolbox\overheads\Firmapresentation_nov2005.ppt 33