Информация: зоны давления - когда и как использовать

Обсуждение всех вопросов связанных с программами для расчета пожарного риска FireCat: Pyrosim, Pathfinder, FireRisk

Информация: зоны давления - когда и как использовать

Сообщение FireCat » 19 сен 2016, 15:44

В дереве объектов PyroSim среди понятных и регулярно используемых разделов «Сетки», «Реакции», «Поверхности» есть загадочный раздел «Зоны», про который каждый хоть раз задавался вопросом, что это и что здесь задавать.
1.png
1.png (23.52 КБ) Просмотров: 1057

Сегодня мы рассмотрим этот раздел подробнее, разберемся, что такое зоны, и когда же их надо и не надо использовать.
Сначала немного теории и выдержки из руководства FDS. При расчете давления FDS выделяет два компонента – «фоновое» давление и «возмущение». Фоновое давление – это обычно гидростатическое давление, а возмущение – индуцируемое потоком пространственно разрешаемое возмущение. Зоны позволяют выделить отдельные замкнутые объемы, для которых «фоновое» давление будет рассчитываться отдельно.
Стало понятнее? Наверное, не очень :) Давайте разбираться на примерах.
Рассмотрим небольшой домен – коридор и два помещения. Одно помещение связано с коридором открытым проемом, другое – наглухо закрыто. В закрытом помещении расположен источник горения (файл z1.psm). Что должно произойти с давлением при запуске расчета? Очевидно, в закрытом помещении оно должно повыситься из-за повышения температуры и выделении газов при горении, в коридоре и втором помещении оно не должно измениться. Но что мы наблюдаем в расчете?
2.png
2.png (16.73 КБ) Просмотров: 1057

Это происходит именно потому, что FDS рассчитывает фоновое давление одинаковым для всего домена. Чтобы давление определялось правильно, необходимо использовать зоны давления.
Зоны давления должны быть замкнутыми, со всех сторон ограниченными препятствиями или твердыми границами сетки, не иметь открытых проемов и связи с атмосферой на момент начала моделирования.
В модели всегда присутствует хотя бы одна зона – окружающая среда (Зона_0). Если в модели есть связь с атмосферой (вентиляционные отверстия с поверхностью OPEN), то и вся модель также относится к Зоне_0.
В нашем случае нам необходимо создать две зоны: закрытое помещение и остальной домен. Зону в помещении создать легко: зона прямоугольная и помещение прямоугольное, но что делать с непрямоугольный коридором? Все просто: FDS автоматически расширит зону так, чтобы она была ограничена твердыми поверхностями. Поэтому мы просто создаем зону в части коридора, и она сама распространится на остальной коридор и второе помещение (поскольку оно связано с коридором открытым проемом). (файл z2.psm)
3.png
3.png (51.11 КБ) Просмотров: 1057

Теперь давление рассчитывается корректно:
4.png
4.png (17.7 КБ) Просмотров: 1057

Таким образом, приходим к выводу, что зоны необходимо использовать, если у нас есть отдельные замкнутые объемы, в которых возможна большая разница давления.

Зоны могут быть связаны между собой различным образом.
Во-первых, возможно создание обычных проемов в стенах или открытых вентиляционных отверстий. Зона должна быть замкнутой только в первоначальный момент времени, в процессе расчета зоны могут «объединяться».
Дополним пример дверью из закрытого помещения в коридор, которая откроется через 20 секунд после начала расчета, а также создадим «наружную» дверь – вентиляционное отверстие с поверхностью OPEN, которая будет прикрыта препятствием и «откроется» через 40 секунд после начала расчета. (файл z3.psm)
5.png
5.png (139.14 КБ) Просмотров: 1057

Посмотрим давление в разные моменты времени.
15 секунд (все двери закрыты, давление повышается в помещении, а в коридоре остается прежним):
6.png
6.png (30.31 КБ) Просмотров: 1057

25 секунд (открылась дверь в помещение и давление между помещением и коридором выровнялось)
7.png
7.png (29.77 КБ) Просмотров: 1057

45 секунд (открылась дверь на улицу и давление выровнялось с окружающей средой):
8.png
8.png (32.31 КБ) Просмотров: 1057

На датчике давления все еще нагляднее:
9.png
9.png (29.07 КБ) Просмотров: 1057


Во-вторых, можно задать «протечки» между зонами давления.
В реальности, за редким исключением, помещения и здания негерметичны - есть микроскопические протечки через двери, стены, окна, перекрытия. Впрямую такие протечки не смоделировать, так как они намного меньше ячеек сетки. Часто мы задаем такие протечки «суммарно» - создавая вентиляционные отверстия со свойством OPEN - например, считая дверь на улицу открытой или просто создавая «фиктивный» проем для сброса давления. Но иногда такой двери в модели нет (например, все двери оборудованы доводчиками, и вроде бы никак не должны быть открытыми), а в некоторых случаях значительный поток воздуха через такое отверстие может привести к численной нестабильности и прерыванию расчета.
Хорошим способом «сброса давления» будет задать протечку между зонами. Для этого нужно:
1. В разделе «Зоны» задать площадь протечки между зонами.
10.png
10.png (53.51 КБ) Просмотров: 1057

2. Активировать протечку для многослойной поверхности
11.png
11.png (43.56 КБ) Просмотров: 1057

либо создать отдельную поверхность «Утечка воздуха»
12.png
12.png (39.88 КБ) Просмотров: 1057

3. Присвоить поверхность стенам или вентиляционным отверстиям. Площадь протечки при этом будет равномерно распределена между всеми объектами (то есть если вы задали протечку 10 см2 и присвоили поверхность с протечкой одной стене, то все 10 см2 придутся на эту стену; если двум одинаковым стенам – то на каждой стене будет протечка 5 см2).
Наблюдаем за давлением (файл z4.psm):
13.png
13.png (64.86 КБ) Просмотров: 1057

Давление сначала скачком возрастает, из-за того, что горение начинается в начале моделирования сразу на полной мощности, и затем благодаря протечкам постепенно снижается, выравниваясь с окружающей средой.
Таким образом, зоны можно использовать, если нужно обеспечить негерметичность модели, не создавая при этом открытых проемов на сетке.
Возникает вопрос, какую же площадь задать. Протечка должна быть такой, чтобы горение не создавало нереальных перепадов давления в помещении и здании, несколько десятков паскалей - максимум.
Протечки между зонами используются именно для сброса давления, и не передают температуру (считается, что горячий воздух, проходя сквозь холодные стены, остывает до их температуры), не учитывают влияния ветра и образования тяги.

Чтобы смоделировать прохождение дыма через небольшие (меньше ячейки сетки) щели, нужно использовать систему HVAC.
Рассмотрим файл z5.psm – в нем две зоны, для помещения пожара и для остального объема. Пусть мы хотим смоделировать, что из-за пожара в двери появились небольшие щели, через которые в коридор выходит дым. То есть нам нужно создать «протечку» между зонами, но локальную.
Создадим два вентиляционных отверстия с поверхностью HVAC – внутри помещения и снаружи помещения. Для каждого отверстия создадим узел HVAC и соединим их воздуховодом.
Площадь протечки – это площадь воздуховода. В данном примере задан воздуховод диаметром 0,3 м, то есть площадью 0,07 м3. Если считать, что щель пойдет по всему периметру двери (ширина двери 1 метр, высота 2 метра – периметр 6 метров), то ширина щели составит около 1 сантиметра. Если смоделировать такую щель «впрямую», на сетке – то расчет займет недели. Система HVAC позволяет легко работать с объектами подсеточного масштаба.
14.png
14.png (174.62 КБ) Просмотров: 1057

Видно, что дымовые газы проходят сквозь смоделированные щели в коридор:
15.png
15.png (54.76 КБ) Просмотров: 1057


Подведем итог:
1. Зоны давления нужно использовать для корректного расчета давления в помещениях, отделенных глухими стенами, не содержащих связи с атмосферой.
2. Зоны давления нужно использовать, если нужно учесть негерметичность здания, создавая не «суммарные» вентиляционные отверстия для связи с атмосферой, а более реальные неплотности стен.
3. Для моделирования локальных протечек, например, щелей в дверях, через которые может поступать дым или задувать ветер, нужно использовать систему HVAC.

Видео-урок можно посмотреть по ссылке: https://youtu.be/CaatnfCsUSI
Файлы примеров можно скачать:
FireCat
 
Сообщения: 198
Зарегистрирован: 25 авг 2014, 08:03

Вернуться в FireCat

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron