Schnelle CFD Feuersimulation

Obwohl die Simulation von Feuer sich in Folge einiger Feuerkatastrophen in Städten sehr weit entwickelt hat, bleibt das Thema für Ingenieure eine Herausforderung.Mit ffire, unserer fast fire Simulation schaffen wir ein weiteres, mächtiges Werkzeug für Ingenieure um sichere Gebäude zu planen und generell mehr Möglichkeiten für Brandschutz-Design zu schaffen.

Anders als viele anderen etablierte Feuer-Solver, wurde ffire dazu geschaffen um sehr schnell Resultate zu erhalten: mindestens 10-mal schneller als viele andere gebräuchliche Solver! Dies und die einfache Verwendung, macht es Ingenieuren leicht, mehr verschiedene Szenarien zu simulieren und das meiste aus knappen zeitlichen Projektvorgaben herauszuholen. Software wie fireFOAM, FDS (Fire Dynamics Simulator) und ANSYS-CFX modellieren zusätzlich zur Strömung die komplette Verbrennungschemie und leiden an geometrischen Limitationen und/oder extremer Rechenintensität.

Bevor wir einen genaueren Blick auf unseren Ansatz werfen, sehen wir uns einfach mal ein Beispiel an! Das folgende Video zeigt den Ausbrand eines kleinen PKW in einem Busbahnhof (65m x 115m x 8m) mit komplexer Geometrie - gekrümmte Wände, enge Bereiche unter Autos und zwischen Belüftungsschächten, usw. (Geometrie zur Verfügung gestellt von Tian Green Building Simulation Singapore). Die Anzahl der Zellen für die Simulation betrug ca. 3 Millionen, die gesamte "wall-clock" Simulationszeit ~80h auf 96 cores für 20 Minuten der Feuersimulation:


 

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In ffire simulieren wir realistische, validierte Strömung mit Temperature und Auftriebseffekten, Strahlungseinfluss und auch Ausbreitung von Gasen wie Rauch oder Kohlenmonoxid - die Hauptfaktoren für die Überlebenswahrscheinlichkeit. Das Feuer selbst wird über zeitanhängige Hitze-Entwicklungskurven dargestellt, die für viele brennbare Gegenstände in der Literatur dokumentiert und leicht verfügbar sind (zB ein kleines Auto in der oben gezeigten Simulation).

Die Hauptvorteile unseres Solvers sind:

  • Extrem kurze Simulationszeiten die das Testen von vielen Szenarien über Nacht ermöglicht
  • Sehr gute Parallelisierbarkeit für detaillierte Geometrien
  • Funktioniert mit komplexen (nicht-rechtwinkeligen) Geometrien und beliebigen (polyhedralen) Meshes
  • Wärmeabgabe des Feuers kann zeitlich beliebig variiert werden mit gemessenen (oder frei definierten) Heat Release Rates - vom glimmenden Papier über ein brennendes Sofa bis zum voll beladenen Lastkraftwagen
  • Gleichzeitiges Feuer an verschiedenen Orten ist innerhalb einer Simulation möglich
  • Wärmeübergang durch Strahlung und zwischen Wänden und Luft ist voll unterstützt
  • Entrauchung über Öffnungen, Entlüftungskanäle, Ventilatoren etc. kann voll in die Simlation eingebunden werden
  • Sichtweiten durch Rauch sind berechenbar
  • Die chemische Natur des Brennstoffes spielt keine Rolle - Kohlenmonoxid und Rauchbildung wird über entsprechende Umsetzungsfaktoren berechnet

Die Validierung unsers Solvers haben wir mit Hilfe des klassische Steckler-Raum-Experimentes vorgenommen (Steckler, Quintiere and Rinkinen: Flow Induce by Fire in a Compartment, U.S. Department of Commerce). Die folgende Grafik zeigt den Vergleich zwischen den gemessenen und von uns simulierten Temperaturen des Steckler-Experimentes:



Abbildung: Vergleich der ffire-Simulation von Rheologic mit den ermittelten Messwerten des entsprechenden Steckler Experimentes. Die z-Höhe ist die Höhe der Türöffnung durch die in Bodennähe Luft in den Raum strömt und Rauch den Raum oben verlässt.

Der Link führt zu einem pdf mir einem detaillierteren Überblick über unsere schnelle Feuersimulation inklusive der Validierung gegen verschieden Steckler-Experimente (Englisch).

ffire ist derzeit im Beta-Stadium und wir demnächst erhältlich sein! Bitte kontaktieren Sie uns per Email, wenn Sie Interesse haben!