مدلسازی رفتار حرارتی و گسترش شعله در سازه های شهری با استفاده از شبیه سازی CFD

پدیده آتش سوزی در محیط های شهری به دلیل تراکم کاربری ها، پیچیدگی هندسی ساختمان ها، حضور مصالح و تجهیزات متنوع، و همچنین اثر متغیرهای تهویه و الگوهای جریان هوا، از جمله مخاطراتی است که پیامدهای مستقیم و غیرقابل جبران انسانی و اقتصادی به همراه دارد. هدف پژوهش حاضر، توسعه و به کارگیری یک چارچوب شبیه سازی عددی برای تحلیل رفتار حرارتی و گسترش شعله در سازه های شهری با اتکا به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD است؛ به گونه ای که امکان مشاهده و کمی سازی سازوکارهای اصلی انتقال جرم، انرژی و تولید/انتقال محصولات احتراق در شرایط واقعی یا نزدیک به واقعی فراهم شود.در این راستا، مدل سازی عددی با استفاده از سامانه های محاسباتی مبتنی بر معادلات حاکم انتقال جرم-انرژی و در قالب مدل های احتراق و آشفتگی اجرا می شود و خروجی هایی مانند توزیع مکانی و زمانی دما، شار گرمایی، رفتار دود، و به ویژه شاخص های مرتبط با نرخ آزادسازی حرارت HRR استخراج می گردد. با اعمال شرایط مرزی معادل با سناریوهای محتمل از جمله نرخ آزادسازی حرارت به عنوان متغیر کلیدی، شرایط تهویه، و مشخصات مصالح/دیوارها، تحلیل بر پایه کمیت هایی همچون الگوهای جریان همرفتی و تشعشعی، نرخ افزایش دما در نواحی بحرانی، و تعیین روند توسعه آتش تا مراحل بحرانی مانند تشدید احتراق یا گسترش شعله در سطوح و فضاهای مجاور انجام می گیرد.از مزیت های رویکرد CFD، توانایی بررسی اثر همزمان پارامترهای محیطی و سازه ای و نیز انجام مطالعات پارامتریک بدون محدودیت های هزینه و زمان آزمایش های مقیاس بزرگ است. بنابراین، در پژوهش حاضر تلاش شده است رابطه بین متغیرهای ورودی مانند شدت منبع احتراق، هندسه فضای شهری/ساختمانی، و شرایط جریان هوا و متغیرهای خروجی مانند الگوی تشکیل نواحی داغ، زمان رسیدن به آستانه های خطر، و مسیرهای غالب گسترش دود/گرما با دقت و به صورت قابل تکرار ارائه گردد. نهایتا، نتایج می تواند در تدوین راهکارهای عملیاتی و طراحی ایمنی حریق، از جمله بهینه سازی چیدمان سامانه های اعلام و اطفاء، انتخاب نقاط پیشنهادی حسگرهای دود/دما، و همچنین ارزیابی سناریوهای طراحی بر اساس معیارهای عملکردی مورد استفاده قرار گیرد.واژگان کلیدی: شبیه سازی CFD، رفتار حرارتی، گسترش شعله، نرخ آزادسازی حرارت HRR، آشفتگی و مدل های احتراق، ایمنی حریق، دود و انتقال گرما، سازه های شهری.

کلیدواژه ها:

شبیه سازی CFD ، گسترش آتش ، رفتار حرارتی ، ایمنی سازه ، FDS ، LES