Nyanserad dimensionering av brandgasventilation

Transkript

1 Nyanserad dimensionering av brandgasventilation - Inverkan av extern vindpåverkan (och utformning) Jörgen Carlsson Joakim Möller 1

2 Innehåll Inledning Bakgrund och frågeställningar Genomförande Resultat Summering och tillämpningar 2

3 Referensgruppen Namn Företag Representerar Bengt-Göran Dingfors Forsmarks Kraftgrupp Industri Anders Klippberg Brandkonsulten Konsult Tony Karlsson D+H Svenska AB Tillverkare 3

4 Bakgrund Termisk brandgasventilation är helt beroende av tryckskillnaden mellan brandrum och omgivning. Två parametrar är styrande: Branden (termiskt tryck) Extern vindlast Några kommentarer om projektet: Alltid undertryck på tak, vind förbättrar effekten av brandgasventilation Ventilatorer utsätts för omfattande provning; inkluderat vind Vi utvärderade detta själva för länge sedan och kom fram till att det var en viktig parameter. Men det inte gick att utvärdera konsekvenserna med tillgängliga metoder 4

5 Frågeställningar Vind Vilken inverkan har extern vind på utströmningen, C v? Går det att generellt försumma denna vid beräkning/dimensionering? Hur presterar brandspecifika CFD-program? Strömning över ett kluster av huskroppar 5

6 Frågeställningar Utformning Kan brandventilatorns fysiska utformning försummas? Hur ska denna beaktas vid beräkning, tillsammans med vindpåverkan? Går det att förenkla beräkningen? 6

7 Verktyg FDS Överlägset vanligast för brandtekniska simuleringar. OpenFoam Sofie Har ett bibliotek av modeller som sätts ihop till olika applikationer. Välkänt och relativt okomplicerat att använda vid exvis stationära beräkningar. Gemensam nämnare: De är alla fritt tillgängliga, ingen licenskostnad 7

8 Genomförande Problemet karakteriseras av ett samspel mellan Icke-stationär strömning Laminär/turbulent strömning Förbränning Naturlig/forcerad konvektion Strålningsförluster Simulera renodlade fall och utvärdera applikationerna mot testdata Fri strömning över en solid (byggnad) Förbränning/termiskt flöde, välventilerad brand Välj ut lämpliga applikationer och simulera det fulla problemet 8

9 9 Fri strömning

10 Fri strömning, FDS Tryckkoefficient [-] dx = 0.50 m dx = 0.25 m dx = 0.10 m Richards, Hoxey, Short Castro, Robins Lovartsida Tak Läsida Position 10

11 Fri strömning, FDS Castro, Robbins Richards, Hoxey, Short FDS Tryckkoefficient [-] Lovartsida Sida Läsida Position 11

12 12 Fri strömning, OpenFoam (45 )

13 13 Förbränning, FireFoam (v1.6)

14 Samspel vind-ventilator Vindtunnel Ventilator Brandkälla (höj- och sänkbar) 14

15 Vind-ventilator, FDS Ghosh Fig. 10 FDS Utströmningskoefficient [-] Vindhastighet [m/s] 15

16 Vind-ventilator, SOFIE Utan sarg/vindskydd Med sarg/vindskydd Ghosh fig. 10 SOFIE Ghosh fig. 30 SOFIE Utströmningskoefficient [-] Utströmningskoefficient [-] Vindhastighet [m/s] Vindhastighet [m/s] 16

17 Vind-ventilator, OpenFoam SimpleBuoyant Testdata Utströmningskoefficient [-] Vind [m/s] 17

18 Så här långt Samtliga CFD modeller ger goda resultat i beräkningsfall med extern strömning runt en solid. I alla fall med en noggrannhet som är tillräcklig för ingenjörsmässiga beräkningar. OpenFoam kan hantera komplicerade geometrier (sneda, triangulära, runda) med samma precision som rektangulära. Det kan inte FDS och inte Sofie. FDS och Sofie excellerar vid simulering av brand. Det gör inte applikationerna i OpenFoam (enklare modeller ger relativt bra resultat). Samtliga applikationer simulerar interaktionen termiskt flödeventilator-vind kvalitativt tillfredsställande. 18

19 Så här långt Vind inverkar på brandventilatorns förmåga att vädra ut brandgaser. Bör beaktas Effekt även från tilluftsöppningar och byggnadsläckage Ventilatorns konstruktion har betydelse för utfallet av vindlast. Bör beaktas Kan inte förenklas När extern strömning simuleras måste beräkningsdomänen göras stor, 5 H åt sidorna och 4 H uppåt 19

20 Praktisk tillämpning Hur påverkar omgivningen? Övergripande bedömning av lämplig placering av brandgasventilatorer? Hur påverkar antal och placering av öppningar för ersättningsluft/tilluft? 20

21 21 Praktisk tillämpning

22 22 Praktisk tillämpning

23 Nyanserad dimensionering av brandgasventilation - Inverkan av extern vindpåverkan (och utformning) Jörgen Carlsson Joakim Möller 23