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Ing. Ind. M
ariano L
Ing. Ind. M
ariano Láázaro Urrutia
zaro Urrutia
e-mail:
Dpt
o. d
e T
rans
port
es y
Tec
nolo
gía
de P
roye
ctos
y P
roce
sos
GIDAI
GIDAIS
eguridad contra Incendios –Investigación y Tecnología
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
“…El incendio es el fenómeno más complejo de
comprender…
”(Hoyt Hottel)
Estudio num
Estudio numéérico de la
rico de la
din
dináámica del incendio
mica del incendio
INTRODUCCI
INTRODUCCI ÓÓNN
AL COMIENZO DE LA
AL COMIENZO DE LA
ERA DE LA
ERA DE LA
COMPUTACI
COMPUTACI ÓÓNN
Hacía más de un siglo que las ecuaciones fundam
entales
de la mecánica de fluidos, transferencia de calor y
combustión fueron form
uladas
La creaci
La creacióón de modelos matem
n de modelos matem
ááticos de utilidad pr
ticos de utilidad pr ááctica
ctica
en tem
as relacionados con el incendio es m
en tem
as relacionados con el incendio es máás reciente
s reciente
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Enorm
e n
Enorm
e núúmero de escenarios de incendio
mero de escenarios de incendio
DIFICULTADES
DIFICULTADES
En
estudio
activo:
Aerodinám
ica,
flujo
multifase,
turbulencia, combustión, transporte por radiación, etc.
Conocimientos
de
la
fConocimientos
de
la
f íísica
y capacidades
sica
y capacidades
computacionales necesarios
para
el c
computacionales necesarios
para
el cáálculo:
lculo:
LIMITADOS
LIMITADOS
Los materiales combustibles en los incendios no
Los materiales combustibles en los incendios no
fueron
fueron ““dise
diseññados para tal fin
ados para tal fin””
No
están
disponibles
los
datos
necesarios
para
caracterizar la degradación de la fase condensada de los
materiales
“Tenemos que aprender a vivir con descripciones
idealizadas de los incendios y soluciones aproximadas
a nuestras ecuaciones ideales”(Kevin McGrattan)
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
MODELOS DE CAMPO
MODELOS DE CAMPO
INTRODUCCI
INTRODUCCI ÓÓNN
DIN
DINÁÁMICA
MICA
COMPUTACIONAL DE
COMPUTACIONAL DE
FLUIDOS
FLUIDOS
Solución tridimensional función del t de las leyes de conservación
Volumen de control dividido en un nºsub-volúmenes
Se aplican las leyes básicas en cada
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Las ecuaciones N-S, junto a
la ecuación de
continuidad,
form
an
un
conjunto
de
4 ecuaciones diferenciales con cuatro incógnitas.
ECUACIONES NAVIER
ECUACIONES NAVIER-- STOKES (N
STOKES (N-- S)
S)
Ecuaciones que describen el m
ovimiento del fluido
Ecuaciones que describen el m
ovimiento del fluido
Son ecuaciones universales
Son ecuaciones universales
VVáálidas en r
lidas en réégimen laminar y turbulento
gimen laminar y turbulento
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CONSERVACI
CONSERVACI ÓÓN DE MASA
N DE MASA
Tomando un peque
Tomando un pequeñño
o
volumen de control
volumen de control ΩΩ
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
CONSERVACI
CONSERVACI ÓÓN DE ESPECIES
N DE ESPECIES
Si el fluido consta de una mezcla de especies es
Si el fluido consta de una mezcla de especies es
necesario resolver las ecuaciones de transporte para
necesario resolver las ecuaciones de transporte para
cada una de las especies
cada una de las especies
iD
Coeficiente de difusión de la especie i
iW′′
&Velocidad de generación de la especie i
iYFracción de masa de la especie i
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CONSERVACI
CONSERVACI ÓÓN DE MOMENTO
N DE MOMENTO
Se obtiene como consecuencia de la aplicaci
Se obtiene como consecuencia de la aplicaci óón de la
n de la
22ªªLey de New
ton
Ley de New
ton(( F = m .a
F = m .a))
Considerando la direcci
Considerando la direccióón
n xx::
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CONSERVACI
CONSERVACI ÓÓN DE ENERG
N DE ENERGÍÍ AA
Se obtiene como consecuencia de la aplicaci
Se obtiene como consecuencia de la aplicaci óón del
n del
principio de la
principio de la 11ªªLey de la Termodin
Ley de la Termodináámica.
mica.
Increm
ento de
Increm
ento de
energ
energíí a en el
a en el
volumen de control
volumen de control
Calor
Calor
suministrado
suministrado
Trabajo de
Trabajo de
expansi
expansióónn
==--
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ECUACI
ECUACI ÓÓN DE ESTADO
N DE ESTADO
Adem
Adem
áás de estas 4 ecuaciones se em
plea la ecuaci
s de estas 4 ecuaciones se em
plea la ecuaci óón
n
de estado para gases ideales.
de estado para gases ideales.
BAJO
nBAJO
nººde Mach
de Mach
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ECUACIONES B
ECUACIONES BÁÁSICAS
SICAS
INCOGNITAS
INCOGNITAS
Densidad
Densidad
Componentes de la
Componentes de la
velocidad
velocidad
Entalp
Entalpíí a a
Presi
Presióónn
DATOS
DATOS
El incendio
El incendio
La turbulencia
La turbulencia
Conductividad
Conductividad
tt éérm
ica
rmica
Resolución de las
Ecuaciones
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Se
dispone
de
varios
códigos
CFD
comerciales
desarrollados
para
utilizarse en un am
plio rango de
disciplinas de ingeniería.
PREPROCESADOR
PREPROCESADOR
CCÓÓDIGOS CFD
DIGOS CFD
Geometr
Geometr íía, rejilla,
a, rejilla,
propiedades del fluido,
propiedades del fluido,
condiciones contorno
condiciones contorno
SOLVER
SOLVER
Resoluci
Resolucióón de las
n de las
ecuaciones
ecuaciones
algebraicas
algebraicas
POSTPROCESADOR
POSTPROCESADOR
Visualizaci
Visualizaci óón de datos
n de datos
de entrada y salida
de entrada y salida
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Solo existen un peque
Solo existen un pequeñño n
o núúmero de c
mero de cóódigos
digos CFD
CFD
que puedan ser empleados para problemas
que puedan ser empleados para problemas
relacionados con los incendios
relacionados con los incendios
CFD
CFD ––APLICACIONES EN IN
CENDIOS
APLICACIONES EN IN
CENDIOS
SUBPROCESOS A CONSIDERAR
SUBPROCESOS A CONSIDERAR
Submodelos de Turbulencia
Submodelos de Turbulencia
Submodelos de Radiaci
Submodelos de Radiacióónn
Submodelos de Combusti
Submodelos de Combusti óónn
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Todos los flujos en la pr
Todos los flujos en la pr ááctica se vuelven
ctica se vuelven
inestables bajo cierto n
inestables bajo cierto núúmero de Reynolds
mero de Reynolds
MODELO DE TURBULENCIA
MODELO DE TURBULENCIA
FLUJO
S TURBULENTOS
FLUJO
S TURBULENTOS
Las fluctuaciones de velocidad
Las fluctuaciones de velocidad
asociadas a la turbulencia generan
asociadas a la turbulencia generan
tensiones adicionales en el fluido.
tensiones adicionales en el fluido.
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Simulaci
SimulacióónnNum
Numéérica
rica
Directa
Directa
MODELO DE TURBULENCIA
MODELO DE TURBULENCIA
FORMAS DE MODELAR LA
FORMAS DE MODELAR LA
TURBULENCIA
TURBULENCIA
Todos
Todos
los
los
movimientos
movimientos
turbulentos
turbulentos
son
son
calculados
calculadosmediante
mediantela
la resoluci
resolucióónndirecta
directa
de
de
las
lasecuaciones
ecuaciones
de Navier
de Navier --Stokes
Stokes
Requiere
Requiere
un
un gran
grannnúúmero
merode
de celdas
celdas
de
de rejilla
rejilla
Poco
Poco
pr
pr ááctico
cticopara
paraaplicaciones
aplicaciones
industriales
industriales
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Reynolds Averaged Navier
Reynolds Averaged Navier --Stokes (RANS)
Stokes (RANS)
MODELO DE TURBULENCIA
MODELO DE TURBULENCIA
OTRAS FORMAS DE MODELAR
OTRAS FORMAS DE MODELAR
LA TURBULENCIA
LA TURBULENCIA
A
A laslasecuaciones
ecuaciones
de N
de N-- S se les
S se les hace
haceun
un promedio
promedio
en
en
el
el tiem
po
tiem
po; ; las
las
ecuaciones
ecuaciones
obtenidas
obtenidas
suministran
suministran
cantidades
cantidades
caracter
caracteríí sticas
sticas
promedio
promedioen el
en el tiem
po
tiem
po
Simulaci
Simulacióónnde
de Grandes
Grandes
Rem
olinos
Rem
olinos
(Large Eddy Simulation
(Large Eddy Simulation --LES)
LES)
Todos
Todoslos
losmovimientos
movimientosturbulentos
turbulentosson
son calculados
calculados
mediante
mediante
la
la resoluci
resolucióónndirecta
directa
de
de las
lasecuaciones
ecuaciones
de
de
Navier
Navier --Stokes,
Stokes, excepto
excepto
los
los
movimientos
movimientos
mmááss
peque
pequeñños
os
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Inicialmente
Inicialmente
se ha
se ha venido
venidoaplicando
aplicandola
la ttéécnica
cnicaRANS en
RANS en
particilar
particilarel
el modelo
modelode
de turbulencia
turbulenciakk-- εε
MODELO DE TURBULENCIA
MODELO DE TURBULENCIA
RANS vs. LES
RANS vs. LES
La
La evoluci
evolucióónnde
de estructuras
estructurasde
de remolinos
remolinoscaracter
caracteríí sticas
sticas
de
de
los
los
penachos
penachos
de
de
incendio
incendio
se
se pierde
pierde
seg
segúúnn
este
este
enfoque
enfoque
Resulta
Resulta
necesario
necesario
la
la introducci
introducci óónn
de
de
coeficientes
coeficientes
que
que
describan
describan
los
losflujos
flujosno
no considerados
consideradosde
de masa
masa, , momento
momento
y y energ
energíí aa
La
La aplicaci
aplicaci óónnde
de tt éécnicas
cnicas
LES
LES tiene
tienepor
porobjeto
objeto
refinar
refinar
la
la
simulaci
simulacióónn
del
del comportam
iento
comportam
iento
del
del incendio
incendio
(( mayores
mayores
rejillas
rejillasen
en computadores
computadoresmmáássrr áápidos
pidos))
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
MODELO DE TURBULENCIA
MODELO DE TURBULENCIA
RANS vs. LES vs. DNS
RANS vs. LES vs. DNS
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Principales
Principales
fuentes
fuentesde
de radiaci
radiacióónnCO2, H2O
, y el
CO2, H2O
, y el holl
hollíí nn
MODELO DE RADIACI
MODELO DE RADIACI ÓÓNN
La
La radiaci
radiacióónnjuega
juegaun
un papel
papelmuy
muyimportante
importante
en la
en la transferencia
transferenciade
de calor
calor(T(T≈≈600
600ºº C)
C)
La
La transferencia
transferenciade
de calor
calorpor
porradiaci
radiacióónntiene
tienelugar
lugar
entre
entre
emisores
emisoresy y receptores
receptores
La
La ecuaci
ecuaci óónnde
de transferencia
transferenciade
de calor
calorpor
porradiaci
radiacióónneses
una
una
ecuaci
ecuaci óónn
integro
integro-- diferencial
diferencial
y y susu
soluci
solucióónn
resulta
resulta
compleja
compleja
Resulta
Resultanecesario
necesariointroducir
introducirasunciones
asunciones
para
parasimplificar
simplificar
y y adoptar
adoptarun
un compromiso
compromiso
entre
entre
precis
precisóónn
y y esfuerzo
esfuerzo
de
de
ccóómputo
mputo
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Fracci
Fracci óónnde
de calor
calorppéérdida
rdidapor
porradiaci
radiacióónn
MODELO DE RADIACI
MODELO DE RADIACI ÓÓNN
Enfoques
Enfoques
de
de modelado
modelado
Modelado
Modeladode
de seis
seisflujos
flujos
Modelado
Modeladode
de transferencia
transferenciadiscreta
discreta
Simulaciones
Simulaciones
Monte
Monte-- Carlo
Carlo
COMPLEJIDAD COMPLEJIDAD-- ++
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
El
El mecanismo
mecanismo
mediante
mediante
el
el que
que
se
se combustionan
combustionan
y y transform
antransform
anlas
las
especies
especies
en
en los
los
incendios
incendios
esesmuy
muy
complejo
complejo
MODELO DE COMBUSTI
MODELO DE COMBUSTI ÓÓNN
Complejidad
Complejidad
del
del fenfenóómeno
meno
Ocurren
Ocurren
igniciones
igniciones, , combustiones
combustiones
y y extinciones
extinciones
a a altas
altas
frecuencias
frecuencias
y con
y con una
una
separaci
separaci óónn
espacial
espacial
de
de
mil
milíí metros
metros
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Fijar
Fijaruna
unadeterminada
determinadavelocidad
velocidad
de
de cesi
cesióónnde
de calor
caloren
en
ciertos
ciertosvol
vol úúmenes
menes
de control
de control como
comoentrada
entradade
de usuario
usuario
MODELO DE COMBUSTI
MODELO DE COMBUSTI ÓÓNN
ALTERNATIVAS
ALTERNATIVAS
Permitir
Permitirel
el proceso
proceso
de
de mezcla
mezclacombustible
combustible aire
aire
MODELO DE DIFUSI
MODELO DE DIFUSI ÓÓNN
MODELO DE PREMEZCLA
MODELO DE PREMEZCLA
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Fire Dynam
ics Simulator
Fire Dynam
ics Simulator --FDS
FDS
INTRODUCCI
INTRODUCCI ÓÓNN
FDS
FDS eses
un
un programa
programaen base Fortran 90
en base Fortran 90
Kevin McG
rattan
& at, NIST. 2005
http://www.fire.nist.gov/fds
Resuelve
Resuelve
las
lasecuaciones
ecuaciones
de la
de la din
dináámica
micade
de fluidos
fluidos
Smokeview
Smokeview
esesun
un programa
programaque
quegenera
genera imimáágenes
genes
y y animaciones
animaciones
de
de los
losresultados
resultadosobtenidos
obtenidospor
porFDS
FDS
La
La versi
versi óónnactual 4,
actual 4, est
est ááa a disposici
disposicióónndesde
desdejulio/04
julio/04
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
Es un m
odelo de din
Es un m
odelo de dináámica de fluidos computacional (CFD)
mica de fluidos computacional (CFD)
concebido de manera espec
concebido de manera especíí fica para reproducir el fen
fica para reproducir el fenóómeno
meno
del incendio en recintos cerrados.
del incendio en recintos cerrados.
TIPO DE MODELO
TIPO DE MODELO
Resuelve
Resuelve
una
form
a de
las
ecuaciones de
Navier
una
form
a de
las
ecuaciones de
Navier --Stokes
Stokes
adecuada para aplicaciones con bajo n
adecuada para aplicaciones con bajo núúmero de Mach
mero de Mach
Las
Las derivadas
derivadas
parciales
parciales
de
de las
lasecuaciones
ecuaciones
de
de conservaci
conservaci óónnse
se
aproximan
aproximan
en
en diferenciales
diferenciales
finitos
finitos
La
La soluci
solucióónnse
se ofrece
ofreceen el
en el tiem
po
tiem
poen
en una
unarejilla
rejillatridimensional
tridimensional
rectil
rectilíí nea
nea
La
La radiaci
radiacióónnse
se calcula
calcula
en base a
en base a tt éécnicas
cnicas
de
de vol
vol úúmenes
menes
finitos
finitos
Se
Se em
plean
emplean
part
part íículas
culaslagrangianas
lagrangianas
para
parasimular
simularhumos
humosy y
gotas
gotas
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USOS DEL MODELO
USOS DEL MODELO
Resolver
Resolver
problemas
problemas
pr
pr áácticos
cticosde
de INGENIER
INGENIERÍÍ AA
contra
contra
Incendios
Incendios
Proporcionar
Proporcionar
una
unaHERRAMIENTA DE ESTUDIO
HERRAMIENTA DE ESTUDIO
de
de
los
losfundam
entos
fundam
entosde la
de la din
dináámica
micadel
del incendio
incendio
y la
y la
combusti
combusti óónn
FDS fue desarrollado para:
FDS fue desarrollado para:
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USOS DEL MODELO
USOS DEL MODELO
Fen
Fenóómenos modelados:
menos modelados:
Transporte
Transportede
de calor
calory y combusti
combusti óónnde
de productos
productospor
porcausa
causa
de
de
un
un incendio
incendio
Transferencia
Transferenciade
de calor
calorpor
porradiaci
radiacióónny y convecci
convecci óónn
Pir
Piróólisis
lisis
Crecimiento
Crecimiento
del
del incendio
incendioy y propagaci
propagaci óónnde llamas
de llamas
Activaci
Activaci óónnde sprinklers y
de sprinklers y detectores
detectoresde
de humo
humoy y calor
calor
Supresi
Supresióónndel
del incendio
incendiopor
porsistem
assistem
asde sprinklers y sprays
de sprinklers y sprays
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RESULTADOS DEL MODELO
RESULTADOS DEL MODELO
FASE GAS
FASE GAS
Tem
peratura
Tem
peratura
Velocidad
Velocidad
Concentraci
Concentraci óónnde
de especies
especies(CO, C
O2, N2,
(CO, C
O2, N2, vapor
vaporde
de agua
agua))
Concentraci
Concentraci óónndel
del humo
humoy y estimaci
estimaci óónnde
de visibilidad
visibilidad
Presiones
Presiones
Velocidad
Velocidad
de
de cesi
cesióónnde
de calor
calorpor
porunidad
unidad
de
de volumen
volumen
Fracci
Fracci óónnde
de mezcla
mezcla(( aire
aire/combustible)
/combustible)
Densidad
Densidad
del gas y
del gas y masa
masade
de gotas
gotasde
de agua
agua
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RESULTADOS DEL MODELO
RESULTADOS DEL MODELO
SUPERFICIES S
SUPERFICIES SÓÓLIDAS
LIDAS
Tem
peratura
Tem
peratura
interior y superficial
interior y superficial
Flujo
Flujode
de calor
calor , , por
porradiaci
radiacióónny y convecci
conveccióónn
Velocidad
Velocidad
de
de combusti
combusti óónn
Masa
Masade
de gotas
gotasde
de agua
aguapor
porunidad
unidad
de
de áárea
rea
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RESULTADOS DEL MODELO
RESULTADOS DEL MODELO
PAR
PARÁÁMETROS GLOBALES
METROS GLOBALES
Velocidad
Velocidad
de
de cesi
cesióónnde
de calor
calortotal (HRR)
total (HRR)
Tiempos
Tiemposde
de activaci
activacióónnde sprinklers y
de sprinklers y detectores
detectores
Flujos
Flujosde
de masa
masay y energ
energíí aaatrav
atravééssde
de aperturas
aperturasy y ssóólidos
lidos
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
MODELO HIDRODIN
MODELO HIDRODINÁÁMICO
MICO
Emplea
una
form
a de
las
ecuaciones de
Navier
Emplea
una
form
a de
las
ecuaciones de
Navier --Stokes
Stokes
adecuada para aplicaciones con bajo n
adecuada para aplicaciones con bajo núúmero de Mach
mero de Mach
Los
cLos
cáálculos
se pueden abordar como una
simulaci
lculos
se pueden abordar como una
simulacióón
n
num
numéérica directa (
rica directa (‘‘ Direct Numerical Simulation
Direct Numerical Simulation’’ , DNS), o como
, DNS), o como
una
simulaci
una
simulacióón de
grandes remolinos
(n de
grandes remolinos
( ‘‘Large
Eddy
Large
Eddy
Simulation
Simulation’’ , LES)
, LES)
La elecci
La eleccióón entre DNS o LES depende del objetivo del c
n entre DNS o LES depende del objetivo del cáálculo
lculo
y de la resoluci
y de la resolucióón de la rejilla computacional
n de la rejilla computacional
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MODELO DE COMBUSTI
MODELO DE COMBUSTI ÓÓNN
Se pueden emplear dos tipos:
Se pueden emplear dos tipos:
Para c
Para cáálculos DNS, donde se puede modelar directamente
lculos DNS, donde se puede modelar directamente
la
la DIFUSI
DIFUSI ÓÓNNde combustible y ox
de combustible y oxíí geno, lo m
geno, lo m
áás apropiado
s apropiado
es considerar una reacci
es considerar una reaccióón qu
n quíí mica de velocidad finita
mica de velocidad finita
En c
En cáálculos LES en los que el tam
alculos LES en los que el tam
añño de la rejilla no es
o de la rejilla no es
suficientemente fino para
resolver la difusi
suficientemente fino para
resolver la difusióón del
n del
combustible y
el ox
combustible y
el oxíí geno, se em
plea
un modelo de
geno, se em
plea
un modelo de
combusti
combusti óón de
n de FRACCI
FRACCI ÓÓN DE MEZCLA
N DE MEZCLA
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
TRANSPORTE DE CALOR POR
TRANSPORTE DE CALOR POR
RADIACI
RADIACI ÓÓNN
Resuelve la ecuaci
Resuelve la ecuaci óón de la transm
isi
n de la transm
isi óón por radiaci
n por radiacióón para
n para
un gas gris
que
no se dispersa, y
en algunos
casos
un gas gris
que
no se dispersa, y
en algunos
casos
limitados em
pleando un modelo de banda ancha.
limitados em
pleando un modelo de banda ancha.
La ecuaci
La ecuaci óón se resuelve utilizando una t
n se resuelve utilizando una t éécnica similar a la
cnica similar a la
de
los
mde
los
méétodos
de
vol
todos
de
vol úúmenes finitos
(menes finitos
( Finite
Finite
Volume
Volume
Method
Method, FVM)
, FVM)
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
GEOMETR
GEOMETRÍÍ AA
FDS aproxima las ecuaciones de gobierno a una rejilla
FDS aproxima las ecuaciones de gobierno a una rejilla
rectil
rectilíí nea
nea
El usuario prescribe obstrucciones rectangulares que est
El usuario prescribe obstrucciones rectangulares que est áán
n
forzadas a adaptarse a la rejilla
forzadas a adaptarse a la rejilla
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
A todas las superficies s
A todas las superficies sóólidas se les asignan condiciones
lidas se les asignan condiciones
de contorno t
de contorno téérm
icas, adem
rmicas, adem
áás de la inform
aci
s de la inform
aci óón sobre el
n sobre el
comportam
iento a la combusti
comportam
iento a la combusti óón del material
n del material
Las propiedades del material son almacenadas en una base
Las propiedades del material son almacenadas en una base
de datos y son solicitadas por su nombre por el usuario
de datos y son solicitadas por su nombre por el usuario
La transferencia de calor y masa desde superficies s
La transferencia de calor y masa desde superficies sóólidas
lidas
norm
almente est
norm
almente estáámanejada con correlaciones emp
manejada con correlaciones empíí ricas,
ricas,
aunque sea posible calcular directamente la transferencia
aunque sea posible calcular directamente la transferencia
de
calor y de
masa cuando se realiza
una Simulaci
de
calor y de
masa cuando se realiza
una Simulacióón
n
Num
Numéérica Directa (DNS)
rica Directa (DNS)
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CREACI
CREACI ÓÓN DEL FICHERO DE ENTRADA
N DEL FICHERO DE ENTRADA
Fichero de texto
Fichero de texto
Programa de interfase gr
Programa de interfase gr ááfica
fica
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EJE
CUCI
EJE
CUCI ÓÓN DE FDS
N DE FDS
Creaci
Creaci óón de Ficheros de Entrada:
n de Ficheros de Entrada:
•Fichero de Trabajo (CHID.data)
•FicheroDatosMateriales, Combustibles, Sprinklers (Database)
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EJE
CUCI
EJE
CUCI ÓÓN DE FDS
N DE FDS
Ejecuci
Ejecucióón de Ficheros de Entrada:
n de Ficheros de Entrada:
C
onecta
r la
s d
ifere
nte
s C
om
puta
dora
sC
onecta
r la
s d
ifere
nte
s C
om
puta
dora
s
C
rear
Fic
hero
C
rear
Fic
hero
‘‘ fds.d
ata
fds.d
ata
’’en D
irecto
rio d
e F
ichero
Entrada.
en D
irecto
rio d
e F
ichero
Entrada.
→→
Nom
bre
Fic
hero
de E
ntrada
Nom
bre
Fic
hero
de E
ntrada
Tecle
ar:
Tecle
ar: m
pirun
mpirun
-- np
np
5 C
:5 C
: \\nis
tnis
t \\fd
sfd
s\\ fds4
fds4__m
pi.exe
mpi.exe
•Un procesador:
•Multiprocesador:
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PRELIMINARES
PRELIMINARES
Grupo HEAD:
Grupo HEAD:
•CHID: Designar a los archivos de salida.
Grupo TIME:
Grupo TIME:
Duración de simulación y tiempo inicial de paso para resolución de las
ecuaciones discretizadas.
•TITLE: Describe el problema.
•Duración de la simulación: ‘TWFIN’.
•Tiempo de paso: SYNCHRONIZE (.TRUE. o .FALSE.).
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REJILLA
REJILLA
Todos los elem
entos forzados por rejilla numérica.
Cálculos se realizan dentro de un
dominio form
ado por
bloques
rectangulares, cada
uno con su
propia rejilla rectilínea.
Definen el tam
año del dominio físico (paralelepípedo recto simple).
Grupo PDIM:
Grupo PDIM:
El origen del dominio es el punto (XBAR0, YBAR0, ZBAR0)
La esquina opuesta del dominio es el punto (XBAR, Y
BAR, ZBAR).
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REJILLA
REJILLA
Grupo GRID:
Grupo GRID:
Dimensiones de la rejilla computacional.
IBAR celdas en la dirección x
JBAR celdas en la dirección y
KBAR celdas en la dirección z
nm
l5
32
⋅⋅
Cada dimensión de la rejilla deberácumplir:Solu
cio
nadorde P
ois
son
basado e
n las
Tra
nsfo
rmadas R
ápid
as d
e
Fourier(F
FTs)
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REJILLA
REJILLA
Mallado M
Mallado Múúltiple:
ltiple:
•Dominio computacional con más de un mallado rectangular.
•Varias mallas: una línea GRID y PDIM para cada una.
Pautas y Advertencias en Mallado M
Pautas y Advertencias en Mallado Múúltiple:
ltiple:
•Cada mallado puede tener diferente tiempo de paso, lo que puede ahorrar
tiem
po a la CPU solicitando mallados relativamente gruesos para ser
actualizados sólo cuando sea necesario.
•En cada mallado: ecuaciones gobierno resueltas con un tiempo
de paso basado en la velocidad de flujo en ese mallado.
•Si obstrucción plana estácerca del lugar en que dos mallas están
contiguas, estar seguros que cada malla “ve”la obstrucción.
•Primero introducir mallas finas y después las gruesas.
•No poner rejillas de contorno donde hay mucha acción (sobre todo fuego)
•Inform
ación de otras mallas se recibe en frontera exterior de la malla dada.
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REJILLA
REJILLA
Consideraciones en Mallado M
Consideraciones en Mallado Múúltiple:
ltiple:
•Se debe equilibrar la carga entre los procesadores.(Los procesadores se
van a centrar en la malla donde este el Incendio. Tendrámenor número de
celdas que el resto).
•Evitar que el Contorno del Mallado en plano de la mayor pared o suelo.
(Habráun gran flujo a través de las aperturas, que pueden llevar a error de
inestabilidad numérica).
•Evitar que llamas o penacho del Incendio atraviesen el contorno del
Mallado.(Ver pto
anterior).
•Si se tienen diferentes focos de Incendio, ajustar contorno del Mallado a los
cambios que se vallan produciendo.
•Si se puedecrear más de 2 Mallados y asignarlos a los procesadores de
form
a que se balance la cargalo mejor posible.
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1.P
refija
r ta
maños d
e rejilla
s d
e las d
ifere
nte
s z
onas (norm
al y refinada):
-Pre
fija
r D
y d
REJILLA
REJILLA
Refinam
iento de Rejilla:
Refinam
iento de Rejilla:
2.F
ijar la
longitud d
e la z
ona refinada. M
ayora
ra u
na “cifra
redonda”
-Fija
r l*
3.O
bte
ner el nºde d
ivis
iones d
e la z
ona a
refinar
-y= l* / d
4.O
bte
ner el nºde d
ivis
iones tota
les
-N
ºD
IV =
x +
y +
zcon
x +
z =
( L –
l*) / D
5.M
ayora
rel nºde d
ivis
iones tota
les a
una “cifra
redonda”
-N
ºD
IV* = N
ºD
IV m
ayora
do
a u
na “cifra
redonda”
6.O
bte
ner
el
pará
metro h.
Corresponde al
tam
año de re
jilla
si
no se
realiz
ase refinam
iento
-h =
L / ( N
ºD
IV* )
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REJILLA
REJILLA
Refinam
iento de Rejilla:
Refinam
iento de Rejilla:
8.Im
ple
menta
r en F
DS e
l re
finam
iento
de la rejilla
7.C
alc
ula
r x,
que
es
el
nº
de
div
isio
nes
ante
s
del
com
ienzo
del
refinam
iento
de la rejilla
&TR
NX C
C =
……
.., PC
= …
……
/ Pto
1 (in
icio
refinam
iento
)
(Coord
enada C
om
puta
cio
nal): x ·
h; (C
oord
enada F
ísic
a): x
·D
&TR
NX C
C =
……
.., PC
= …
……
/ Pto
2 (fin d
el re
finam
iento
)
(Coord
enada C
om
puta
cio
nal): (x
+ y
) ·h
; (C
oord
enada F
ísic
a): x
·D
+
y ·
d
Ecuacio
nes v
alid
as p
ara
el caso X
BAR
0=0.
Sin
o e
n c
oord
. físic
a irá
coord
enada d
onde e
mpie
ce refinam
iento
.
Coord
enada c
om
puta
cio
nal podrá
adopta
r valo
res n
egativos.
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l= 1
07 m
500 m
L= 1
500 m
REJILLA
REJILLA
Refinam
iento de Rejilla:
Refinam
iento de Rejilla:
Fija
r:
Fija
r: DD
= 1
m y
= 1
m y
dd= 0
.2 m
= 0
.2 m
Inic
io refinam
iento
: (5
00
Inic
io refinam
iento
: (5
00--(1
25/2
)) =
425 m
(1
25/2
)) =
425 m
→→425 =
425 =
xx··1
1 →→
x
x =
425 d
iv= 4
25 d
iv
Se p
arte d
e:
Se p
arte d
e: l*l*
= 1
50 m
= 1
50 m
Se c
alc
ula
: Se c
alc
ula
: y =
150 / 0
.2 =
750
y =
150 / 0
.2 =
750 d
ivdiv
La longitud tota
l:
La longitud tota
l: L
= 1
500 =
x
L =
1500 =
x ··
1 +
y
1 +
y ··
0.2
+ z
0.2
+ z
··1
1 →→
x +
z =
1350
x +
z =
1350
NNººD
IV =
x +
y +
z =
1350 +
750 =
2100
DIV
= x
+ y
+ z
= 1
350 +
750 =
2100 →→
NNººD
IV* = 2
000
DIV
* = 2
000
h =
1500 / 2
000 =
0.7
5h =
1500 / 2
000 =
0.7
5
&TR
NY C
C =
318.7
5 (425
&TR
NY C
C =
318.7
5 (425·· 0
.75), P
C =
425
0.7
5), P
C =
425
&TR
NY C
C =
881.2
5 ((4
25+750)
&TR
NY C
C =
881.2
5 ((4
25+750) ··0.7
5), P
C =
575 (425+150)
0.7
5), P
C =
575 (425+150)
Introducci Introduccióón al empleo de n al empleo de ‘‘Fire FireDynamics DynamicsSimulator Simulator’’, FDS , FDS©GIDAI -UNIVERSIDAD DE CANTABRIA –Ing. Ind. Mariano Lázaro Urrutia
PAR
PARÁÁMETROS GLOBALES
METROS GLOBALES
Grupo MISC:
Grupo MISC:
•LES-DNS: Simul. de Rem
olinos Grandes o Simul. Numérica Directa .
•DATABASE_D
IRECTORY: Dirección Fichero Databasey caract. S
prinklers.
•DATABASE: Nombre Fichero Database(m
ateriales y reactantes).
•SURF_D
EFAULT: Indica la SURF ID
sconsiderada por defecto.
•REACTION: Indica el parám
etros de reacción (REAC) a utilizar.
•TMPA: Tem
peratura ambiental (ºC).
•U0, V0 y W0: V
alores iniciales de componentes de la velocidad (m/s).
(Corriente inicial a través del dominio).
•TMPO: Tem
peratura en el exterior del dominio computacional (ºC).
•NFRAMES: Nºde volcados de salida por cálculo. Los datos de salida,
salvados cada TWIFIN/NFRAMENS, a no ser que se especifique otra cosa
mediante DTSAM en las líneas THCP, S
LCF, P
ART y BNDF.
•Otros parám
etros: Tiempos de partículas trazadoras y sprinklers.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
Parám
etros para definir un incendio con el m
odelo de fracción de mezcla:
•Define condiciones de contorno para superficies sólidas o aberturas.
•Cadena de identificación ID
=’...’para referirse a ella mediante una
OBST o VENT.
•HRRPUA: Velocidad de Cesión de Calor por Unidad de Área (kW/m2). Se
utiliza para controlar la velocidad de quem
ado del combustible.
•HEAT_O
F_V
APORIZATION: Es la cantidad de energía (KJ/kg) que se
requiere para vaporizar un combustible (líquido o sólido) una vez ha
alcanzado su Tem
peratura de Ignición.
•TMPING: Tem
peratura (ºC) a la que el material empieza a arder.
•BURN_AWAY: Si un objeto va a desparecer de los cálculos una vez que el
combustible se ha agotado: BURN_AWAY=.TRUE. C
antidad de combustible
que ha ardido es igual al producto de su densidad (DENSITY) por el volumen
de una celda.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
Condiciones de Contorno Térmicas:
•Superficie sólida a temperatura fija:
–TMPWAL: temperatura de la superficie (ºC).
•Superficie sólida con flujo de calor fijo:
–HEAT_FLUX: flujo de calor convectivo(kW/m2).
HEAT_FLUX> 0
la pared calentará
a los gases circundantes.
HEAT_FLUX< 0
la pared enfriará
a los gases.
•Sólido térmicam
ente grueso:
–Propiedades del material a especificar: Conductividad térmica KS
(W/m·k), densidad D
ENSITY (Kg/m3), calor específico C
_P(Kj/K
g/ ºK),
y espesor DELTA (m) del material.
•Lám
ina térm
icam
ente delgada:
–C_D
ELTA_R
HO: producto del calor específico (kJ/KgK), la densidad
(kg/m3) y el espesor del recubrimiento (m).
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
•Sólo considera características capa más externa. Detrás:
•Hueco de aire a tem
p. ambiental.
•Material aislante. N
o hay pérdida de calor hacia el m
aterial aislante
(BACKING = ’INSULATED’).
•Habitación contigua (BACKING = ‘EXPOSED’). P
ared ancho de al
menos una celda de rejilla. En el otro lado un volumen en el dominio
computacional no nulo.
Condiciones de Contorno Térmicas:
•La em
isividad de una superficie sólida (EMISSIVITY)
•Sólido adiabático (no transferencia de calor radiactivo o convectivodel gas
al sólido): ADIABATIC=.TRUE.
•emisividad del material = cero
•temp. de pared = tem
p. gas del local.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
•Componente norm
al de velocidad: VEL (m/s)
•VEL < 0, Flujo entrando al dominio computacional.
•VEL > 0, Flujo saliendo del dominio.
Condiciones de Contorno de Velocidad:
•Componente Tangencial: Controla como se ‘pega’el gas a una superficie
sólida. En teoría es cero en la superficie, pero aumenta rápidam
ente a través
de una región estrecha denominada capa lím
ite. Norm
almente la rejilla no es
lo suficientemente fina para resolver la capa lím
ite (mm).
Dos números reales, V
EL_T. C
omponentes de Vel. Tang. en direc. x o y
y en direc. y o z (depend. de dirección norm
al).
•Flujo de volumen a través de abertura: VOLUME_FLUX(m3/s).
•VOLUME_FLUX< 0, Flujo entrando al dominio computacional.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
Condiciones de Contorno de Dependientes del Tiempo:
Al principio de cualquier cálculo:
•Tem
peratura = tem
peratura
ambiente.
•Flujo de velocidad = 0 en todo el dominio.
•Ningún elemento arde.
•Las fracciones en masa de todas las especies son uniform
es.
Cuando empieza el cálculo, aumentan desde sus valores iniciales.
Por defecto, aumentan a sus valores establecidos en aprox. 1 s.
El usuario puede controlar la velocidad a la que los procesos se
activan o
desactivan, especificando la secuencia en la línea SURF.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
Condiciones de Contorno de Dependientes del Tiempo:
TAU_Q
y TAU_V: Tiempo que tardan cantidades térmicas o hidrodinám
icas
en aumentar hasta sus valores prescritos en TAU seg., y permanecer ahí.
•TAU_Q
: Tiempo de aumento de HRRPUA o Tem
p. de la pared.
•Si TAU_Q
> 0
Aumenta como (tanh(t/τ)).
•Si TAU_Q
< 0
Aumenta de la form
a (t/τ)².
•TAU_V: Tiempo de aumento de Velocidad norm
al en una superficie o
Flujo de volumen.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
Condiciones de Contorno de Dependientes del Tiempo:
Aumento siguiendo curva t ², mantenimiento constante tras TAU_Q
seg.
&SURF ID=’BLOWER’,VEL=-1.2,TMPWAL=50., RAMP_V=’BLOWER RAMP’/
&RAMP ID
=’BLOWER RAMP’,T= 0.0,F=0.0 /
&RAMP ID
=’BLOWER RAMP’,T=10.0,F=1.0 /
T: es el tiempo
F: fracción de HRRPUA, Tem
p. de pared, Velocidad, fracción de masa, etc.
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CONDICIONES DE CONTORNO
CONDICIONES DE CONTORNO
Grupo SURF:
Grupo SURF:
Parám
etros térm
icos:
Condiciones de Contorno de Dependientes de la Tem
peratura:
•Calor específico de un sólido (C_P)
•Conductividad térmica de un sólido (KS)
&SURF ID
=’MARINITE’, EMISSIVITY=0.8, DENSITY=737.0,
RAMP_C
_P=’ram
pcp’R
AMP_K
S=’ram
pks’, D
ELTA=0.0254 /
&RAMP ID
=’ram
pks’,T=24.,F=0.13 /
&RAMP ID
=’ram
pks’,T=149.,F=0.12 /
&RAMP ID
=’ram
pks’,T=538.,F=0.12 /
&RAMP ID
=’ram
pcp’,T=93.,F=1.172 /
&RAMP ID
=’ram
pcp’,T=205.,F=1.255 /
&RAMP ID
=’ram
pcp’,T=316.,F=1.339 /
&RAMP ID
=’ram
pcp’,T=425.,F=1.423 /
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PARAMETROS DE COMBUSTI
PARAMETROS DE COMBUSTI ÓÓNN
Grupo REAC:
Grupo REAC:
Designar parám
etros asociados con la reacción en fase gas del combustible
y el oxígeno.
•Si se especifica HRRPUA, estos parám
etros no requieren ajuste.
•Si se especifica el H
EAT_O
F_V
APORIZATION, se deben seleccionar.
Se selecciona reactante de DATABASE con parám
etro REACTION (MISC).
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PARAMETROS DE COMBUSTI
PARAMETROS DE COMBUSTI ÓÓNN
Grupo REAC:
Grupo REAC:
ID: Nombre reacción.
NU_O
2, NU_H
2O, N
U_FUEL, N
U_C
O2: C
oef. estequiométricosideales para
la reacción de un combustible hidrocarburo.
MW_FUEL: Peso Molecular del combustible (g/mol).
Y_O
2_INFTY: Fracción de masa de oxígeno en el ambiente.
Y_F_INLET: Fracción de masa de combustible en el flujo de combustible.
SOOT_YIELD: Fracción de masa combust. convertida en partíc. de humo.
CO_YIELD: Fracción de masa de combustible convertida en CO.
EPUMO2: E
nergía Por Unidad de Masa de Oxígeno, (kJ/kg).
RADIATIVE_FRACTION: Fracción de energía cedida desde la llam
a como
radiación térmica.
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PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
Grupo OBST:
Grupo OBST:
Coord. de un sólido rectangular dentro del dominio. (x1,y1,z1) y (x2,y2,z2)
&OBST XB = X1, X2, Y1, Y2, Z1, Z2 /
Especificar las condiciones de contorno sobre superficies (SURF):
•SURF_ID: Condiciones de contorno de todas las caras.
&OBST XB=2.3, 4.5, 1.3, 4.8, 0.0, 9.2,
SURF_ID6=’FIRE’,’INERT’,’HOT’,’COLD’,’BLOW’,’INERT’/
•SURF_IDS: Condiciones de contorno para parte superior, laterales y fondo.
•SURF_ID6: Condiciones de contorno en cada cara, planos x0,x, y0,y, z0,z.
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PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
Grupo OBST:
Grupo OBST:
Las obstrucciones pueden tener espesor cero:
•Superficies delgadas (ventana), form
an barrera, pero rejilla numérica es
gruesa para su espesor.
Para funcionalidad completa: espesor al menos una celda.
•Caras de obstr. desplazadas hacia celda más próxima. Si la obstr. muy
delgada, las dos caras se pueden aproximar a la misma cara de lacelda.
•FDS y Smokeview
tratarán como una obstrucción delgada, pero permitirán
tener condiciones de contorno térmicam
ente delgadas o gruesas.
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PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
Grupo HOLE:
Grupo HOLE:
Crear un hueco en una obstrucción existente:
&HOLE XB=2.0,4.5,1.9,4.8,0.0,9.2 /
Obstrucciones que intersectencon este volumen son partidas.
Perforar algo más de lo suficiente para crear el hueco.
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PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
PARTICIONES IN
TERNAS AL DOMINIO COMP.
Grupo HOLE:
Grupo HOLE:
•T_C
REATE: Crea hueco pasados seg. defin. P
ara HOLE, O
BST o VENT.
Empleando Detector de Calor:
•T_R
EMOVE: Rellena el agujero pasados unos seg.
•HEAT_C
REATEo HEAT_R
EMOVE: Con nombre del detector de calor.
&HOLE XB=2.0,4.5,1.9,4.8,0.0,9.2, HEAT_C
REATE= ’heat2’/
&HEAT XYZ=3.2,4.4,6.8,ACTIVATION_TEMPERATURE=74., RTI=100.,
LABEL=’heat2’/
•HEAT_C
REATE=’ALL’: Cualquier detector provoca el hueco.
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CONEXIONES CON EL EXTERIOR
CONEXIONES CON EL EXTERIOR
Grupo VENT:
Grupo VENT:
Planos adyacentes a obstrucciones o paredes exteriores. Sino ventilador.
&VENT XB=0.0,5.0,1.5,9.5,0.0,0.0 /
•Abertura completa en pared externa: CB (valor ‘XBAR’, ‘XBAR0’, ‘YBAR’,
‘YBAR0’, ‘ZBAR’o ‘ZBAR0’).
•En simulaciones multibloque, plano CB se aplica a todas las mallas.
•Condición de contorno se especifica con SURF_ID.
Modelar componentes del sistema de ventilación en un edificio.
Condición de contorno particular a un rectangulosobre una superficie
sólida (por ejem
plo, un fuego).
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CONEXIONES CON EL EXTERIOR
CONEXIONES CON EL EXTERIOR
Grupo VENT:
Grupo VENT:
SURF_IDreservados para VENT:
•OPEN: Abertura pasiva al exterior del dominio computacional. E
j.puerta o
ventana abierta.
•MIRROR: Plano de simetría. En un contorno exterior del dominio
computacional, dobla tam
año del dominio actuando como un plano de
simetría. El flujo en la cara opuesta del MIRROR es exactamente inverso.
Aberturas hacia el exterior del dominio computacional se pueden abrir y
cerrar durante la simulación.
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PARTICULAS LAGRANGIANAS,
PARTICULAS LAGRANGIANAS,
SPRINKLERS Y DETECTORES
SPRINKLERS Y DETECTORES
Partículas Lagrangianas
utilizadas como gotas de agua o de
combustible líquido, trazadoras de flujo, y otras aplicaciones.
Grupo PART: Parám
etros de las Partículas Lagrangianas.
Algunas se evaporan, absorben radiación, etc.
Algunas veces las partículas tiene masa y otras no.
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PARTICULAS LAGRANGIANAS,
PARTICULAS LAGRANGIANAS,
SPRINKLERS Y DETECTORES
SPRINKLERS Y DETECTORES
RTI: Índice de Tiempo de Respuesta del sprinkler, en √(m/s).
Propiedades Sprinklersen el archivo sprinkler_nam
e.spk:
C-FACTOR: Factor C del sprinkler, en √(m/s).
K-FACTOR: Factor K del sprinkler, en L/min/bar½.
ACTIVATION_TEMPERATURE: Tem
peratura de activación (C).
OPERATING_P
RESSURE: Presión de operación del Sprinkler(bares).
OFFSET_D
ISTANCE: Radio de una esfera (m) que rodea el sprinklerdonde
las gotas del agua se colocan inicialmente en la simulación. M
ás allá
de la
OFFSET_D
ISTANCElas gotas se han roto totalmente y se transportan
independientemente uno de otra.
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PARTICULAS LAGRANGIANAS,
PARTICULAS LAGRANGIANAS,
SPRINKLERS Y DETECTORES
SPRINKLERS Y DETECTORES
VELOCITY: Descrip. de distribución de velocidad de las gotas:
Propiedades Sprinklersen el archivo sprinkler_nam
e.spk:
SIZE_D
ISTRIBUTION: Inform
ación sobre la distribución de tamaños de
gota. (diámetro medio de gota o función del ángulo sólido).
•Caso 1: Ángulo de Spray Mínimo y Máximo, y Speed.
•Caso 2: Si se conoce más inform
ación sobre el spray del sprinkler.
FLUX: Flujo de masa de agua relativo (kg/m2/s)
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PARTICULAS LAGRANGIANAS,
PARTICULAS LAGRANGIANAS,
SPRINKLERS Y DETECTORES
SPRINKLERS Y DETECTORES
Detector de Calor:
Puede utilizarse para desencadenar una acción (apertura de VENT,
desaparición de OBST, etc.).
&HEAT XYZ=3.0,5.6,2.3,RTI=132.,ACTIVATION_TEMPERATURE=74.,
LABEL=’door’/
XYZ: Coordenadas físicas del detector de calor.
RTI: es el Índice de Tiempo de Respuesta.
ACTIVATION_TEMPERATURE: Tem
peratura de activación en ºC.
LABEL: es un identificador.
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PARTICULAS LAGRANGIANAS,
PARTICULAS LAGRANGIANAS,
SPRINKLERS Y DETECTORES
SPRINKLERS Y DETECTORES
Detector de Humo:
Modelo de un solo parám
etro Heskestad:
Modelo de cuatro parám
etros ClearyModel:
&SMOD XYZ=3.0,5.6,2.3, LENGTH=1.8,
ACTIVATION_O
BSCURATION=1.0, LABEL=’H
eskestad
Model’/
&SMOD XYZ=3.0,5.6,2.3, ALPHA_C
=1.8, BETA_C
=1.1,
ALPHA_E
=0.98, B
ETA_E=-0.77, ACTIVATION_O
BSCURATION=1.0,
LABEL=’Cleary Model’
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FICHEROS DE SALIDA Y
FICHEROS DE SALIDA Y
POSTPROCESADOR GR
POSTPROCESADOR GRÁÁFICO
FICO
Grupo THCP:
Grupo THCP:
•Grabar valores de cantidades en un punto en función del tiempo.
•Coordenadas del punto a registrar, X
YZ, y cantidad a grabar, Q
UANTITY.
•Fase sólida: posicionar “sonda de medida”
en la superficie sólida (IOR).
•Si orientación de superficie sólida en la dirección x positiva, IOR=1.
•Si en la dirección x negativa, IO
R =-1.
•En y positivo, IOR=2; en y negativo, IOR =-2; en z positivo, IOR=3;
en z negativo, IOR =-3.
&THCP XYZ=0.7,0.9,2.1, QUANTITY=’W
ALL_TEMPERATURE’, IOR=-2,
LABEL=’1’/
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FICHEROS DE SALIDA Y
FICHEROS DE SALIDA Y
POSTPROCESADOR GR
POSTPROCESADOR GRÁÁFICO
FICO
Grupo THCP:
Grupo THCP:
•Para registrar cantidades en form
a de integral. Por ejem
plo, registrar la
masa que fluye a través de una puerta o una ventana. (especificar un
plano)
&THCP XB=0.3,0.5,2.1,2.5,3.0,3.0, QUANTITY=’MASS FLOW’,
LABEL=’whatever’/
•Otras, como QUANTITY o HRR se pueden utilizar para calcular la
velocidad de cesión de calor total dentro de un subconjunto del dominio.
(las seis cifras XB definen un volumen en lugar de un plano).
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FICHEROS DE SALIDA Y
FICHEROS DE SALIDA Y
POSTPROCESADOR GR
POSTPROCESADOR GRÁÁFICO
FICO
Grupo SLCF:
Grupo SLCF:
•Cantidad a grabar, Q
UANTITY.
•Puede ser una línea, un plano o un volumen.
•PBX, P
BY y PBZ planos perpendiculares a los ejes x, y, z.
•Registra cantidades asociadas a la fase gas en más de un punto.
•Inform
ación se registra en archivos CHID_n.sf.
•Vectores animados. Dirección y longitud estádeterminada por los archivos
de velocidad U, V
y/o W
.
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FICHEROS DE SALIDA Y
FICHEROS DE SALIDA Y
POSTPROCESADOR GR
POSTPROCESADOR GRÁÁFICO
FICO
Grupo BNDF:
Grupo BNDF:
•Registra cantidades asociadas a superficies de las obstrucciones
sólidas.
•Archivos de salida de la form
a CHID_n.bf.
•En OBST, si se incluye BNDF_B
LOCK=.FALSE., la obstrucción no se
coloreará.
•No es necesario especificar coordenadas, solo QUANTITY.
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FICHEROS DE SALIDA Y
FICHEROS DE SALIDA Y
POSTPROCESADOR GR
POSTPROCESADOR GRÁÁFICO
FICO
Grupo ISOF:
Grupo ISOF:
•Guardar uno o más valores de una cantidad en fase gas y representarlos
como una secuencia animada.
•Variables permitidas: DENSITY, TEMPERATURE, H
RRPUV y MIXTURE
FRACTION.
&ISOF
QUANTITY=’TEMPERATURE’,V
ALUE(1)=50.,V
ALUE(2)=200.,
VALUE(3)=500. /
Incendio y interfase de la capa de humo.
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Cantidades de Salida de la Fase
Gas para THCP, S
LCF o PL3D
Cantidades de Salida de Fase Sólida
para THCP y BNDF
Cantidades de Salida en form
a Integral sólo para THCP
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ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DEL MODELO
PAR
PARÁÁMETROS
METROS
Fire
Fireresolution
resolutionindex
index
(( FRI
FRI ))
Indicador que muestra cuan buenos son los resultados
obtenidos en el proceso de cálculo(valor entre 0-1).
Di
Di áámetro caracter
metro caracter íístico
sticoD*
D*
5/2
*
=∞
∞g
Tc
QD
pρ
&
Calidad de la Resolución
),
,max(
*:
zy
xDe
Coe
fici
ent
δδ
δ
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ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DEL MODELO
Single
Single Burning
BurningItem
Item
(SBI)
(SBI)
Modificado con un techo
Modificado con un techo
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ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD DEL MODELO
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
MODELADO DE LA REACCI
MODELADO DE LA REACCI ÓÓN AL FUEGO
N AL FUEGO
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
DESARROLLO DEL IN
CENDIO EN UN LOCAL.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SEGURIDAD C
ONTRA INCENDIOS EN LOS M
EDIOS E
SEGURIDAD C
ONTRA INCENDIOS EN LOS M
EDIOS E
INFRAESTRUCTURAS DEL TRANSPORTE MASIVO DE
INFRAESTRUCTURAS DEL TRANSPORTE MASIVO DE
PASAJE
ROS.
PASAJE
ROS.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SISTEMA DE AGUA NEBULIZADA.
SISTEMA DE AGUA NEBULIZADA.
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
CALCULO DE LA VELOCIDAD CRITICA
CALCULO DE LA VELOCIDAD CRITICA
RESULTADOS (V = 25 m
3 /s)
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SOLICITACIONES TERMICAS EN EDIFICIOS DE GRAN
SOLICITACIONES TERMICAS EN EDIFICIOS DE GRAN
ALTURA
ALTURA
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SOLICITACIONES TERMICAS EN EDIFICIOS DE GRAN
SOLICITACIONES TERMICAS EN EDIFICIOS DE GRAN
ALTURA
ALTURA
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SOLICITACIONES TERMICAS EN EDIFICIOS DE GRAN
SOLICITACIONES TERMICAS EN EDIFICIOS DE GRAN
ALTURA
ALTURA
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SMOKE MANAGEMENT
SMOKE MANAGEMENT
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
SMOKE MANAGEMENT
SMOKE MANAGEMENT
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
APLICACIONES DE CAR
APLICACIONES DE CARÁÁCTER SINGULAR
CTER SINGULAR --PBD
PBD
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
INVESTIGACION FORENSE
INVESTIGACION FORENSE
INCENDIO EN STATION NIGHTCLUB
INCENDIO EN STATION NIGHTCLUB
FICHA DEL IN
CENDIO
FICHA DEL IN
CENDIO
FECHA: 20 DE FEBRERO DE 2003
FECHA: 20 DE FEBRERO DE 2003
LUGAR: RHODE ISLAND (USA)
LUGAR: RHODE ISLAND (USA)
NNººDE FALLECIDOS: 100 PERSONAS
DE FALLECIDOS: 100 PERSONAS
FECHA DE IN
ICIO DE LA IN
VESTIGACI
FECHA DE IN
ICIO DE LA IN
VESTIGACI ÓÓN: 27.2.03
N: 27.2.03
FECHA PUBLICACI
FECHA PUBLICACI ÓÓN DE IN
VESTIGACI
N DE IN
VESTIGACI ÓÓN: JU
NIO/05
N: JU
NIO/05
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
INVESTIGACION FORENSE
INVESTIGACION FORENSE --INCENDIO EN STATION
INCENDIO EN STATION
NIGHTCLUB
NIGHTCLUB
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CASO DE APLICACI
CASO DE APLICACI ÓÓNN
INVESTIGACION FORENSE
INVESTIGACION FORENSE --INCENDIO EN STATION
INCENDIO EN STATION
NIGHTCLUB
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ENSAYO DE LABORATORIO
ENSAYO DE LABORATORIO
MODELO FDS
MODELO FDS
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INVESTIGACION FORENSE
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NIGHTCLUB
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Ing. Ind. M
ariano Lázaro Urrutia
-
Dpto. de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
-D
irec
ción:
GIDAI
GIDAI–
SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS –CIENCIA Y TECNOLOGIA DEL FUEGO
E.T.S. Ingenieros Industriales y Telecomunicación
Avd
a. L
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005
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2-20
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