Modelowanie zjawisk pożarowych za pomocą oprogramowania FDS (Fire Dynamics Simulator) wymaga precyzyjnego definiowania scenariuszy i parametrów. Kluczowym elementem każdej zaawansowanej symulacji są wirtualne urządzenia pomiarowe, znane jako DEVC. Służą one nie tylko do monitorowania zjawisk, ale także do aktywnego sterowania przebiegiem symulacji.
Ten artykuł szczegółowo wyjaśnia, czym są urządzenia DEVC, jak je konfigurować i jakie mają zastosowanie w inżynierii bezpieczeństwa pożarowego.
DEVC: Wirtualny Czujnik i Sterownik w Jednym
Urządzenie DEVC (Device) w FDS to fundamentalny komponent o podwójnej funkcjonalności:
- Wirtualny czujnik: Służy do zbierania danych o wielkościach fizycznych w określonych punktach, na liniach, płaszczyznach lub w objętościach modelu.
- Sterownik (aktywator): Umożliwia dynamiczne uruchamianie zdarzeń, takich jak aktywacja systemów bezpieczeństwa, w odpowiedzi na zmieniające się warunki.
Dzięki tej wszechstronności DEVC pozwala na tworzenie realistycznych i interaktywnych scenariuszy pożarowych.
DEVC jako Urządzenie Pomiarowe
Podstawową rolą DEVC jest działanie jako wirtualny sensor. Każde takie urządzenie jest definiowane przez dwa kluczowe parametry:
XYZ: Określa lokalizację pomiaru w przestrzeni trójwymiarowej.QUANTITY: Definiuje, jaka wielkość fizyczna ma być monitorowana.
Ważna uwaga: Wielkości skalarne (np. temperatura, ciśnienie) w FDS są przypisane do środka komórki siatki obliczeniowej i reprezentują wartość uśrednioną dla całej jej objętości. Oznacza to, że kilka czujników DEVC umieszczonych w tej samej komórce zarejestruje identyczną wartość.
Przykładowe QUANTITY | Opis |
|---|---|
TEMPERATURE | Temperatura gazów |
VISIBILITY | Widzialność w dymie |
VELOCITY | Prędkość przepływu (wielkość wektorowa) |
HEAT RELEASE RATE PER VOLUME | Gęstość mocy pożaru |
FED | Skumulowana dawka frakcyjna (Fractional Effective Dose) |
CONCENTRATION | Stężenie określonego gatunku gazu (np. CO, CO₂) |
Zebrane dane są automatycznie zapisywane w czasie rzeczywistym do pliku w formacie CSV o nazwie CHID_devc.csv, co ułatwia ich późniejszą analizę i wizualizację.
DEVC jako Aktywator Zdarzeń
Druga, równie ważna funkcja DEVC, to sterowanie zdarzeniami w symulacji. Działanie to opiera się na parametrze SETPOINT, który definiuje wartość progową dla monitorowanej wielkości.
Gdy mierzona wartość osiągnie lub przekroczy SETPOINT, FDS uruchamia przypisaną akcję. Pozwala to na dynamiczną zmianę warunków symulacji, co jest kluczowe dla realistycznego modelowania.
Przykłady zastosowania:
- Aktywacja systemów wentylacji pożarowej: Uruchomienie wentylatorów, gdy temperatura w danym punkcie przekroczy 60°C.
- Uruchomienie instalacji tryskaczowej: Aktywacja tryskaczy w odpowiedzi na osiągnięcie określonej temperatury pod sufitem.
- Dynamiczne sterowanie przeszkodami: Symulowanie otwierania drzwi ewakuacyjnych (
OBST) lub klap dymowych po wykryciu dymu.
Do bardziej złożonych scenariuszy można wykorzystać zaawansowane funkcje logiczne CTRL oraz PROP, które pozwalają na tworzenie warunkowych zależności między wieloma urządzeniami DEVC.
&DEVC ID='Termopara_1', XYZ=1.5,2.0,1.8, QUANTITY='TEMPERATURE' / &DEVC ID='Wentylator_Start', XYZ=1.5,2.0,1.8, QUANTITY='TEMPERATURE', SETPOINT=60.0 /
&VENT ID='Wentylator_Oddymiajacy', SURF_ID='OPEN', CTRL_ID='Wentylator_Start' /
W powyższym przykładzie wentylator (VENT) zostanie uruchomiony, gdy temperatura mierzona przez Termopara_1 osiągnie wartość SETPOINT równą 60°C.
Zastosowanie DEVC w Analizie Bezpieczeństwa Pożarowego
Urządzenia DEVC są niezbędnym narzędziem w praktyce inżynierskiej do oceny warunków panujących w obiekcie podczas pożaru.
Ocena Warunków Ewakuacji
Analiza bezpieczeństwa i warunków ewakuacji opiera się na monitorowaniu kluczowych parametrów wzdłuż dróg ewakuacyjnych. Wirtualne czujniki DEVC umieszcza się na wysokościach odpowiadających położeniu głowy człowieka (np. 1,8 m dla osoby stojącej, 0,5 m dla osoby czołgającej się).
Kluczowe monitorowane wielkości to:
- Widzialność (
VISIBILITY): Krytyczna dla zdolności do odnalezienia drogi ucieczki. - Temperatura (
TEMPERATURE): Wysoka temperatura stanowi zagrożenie dla dróg oddechowych i może powodować oparzenia. - Wskaźnik FED (
Fractional Effective Dose): Sumuje toksyczny wpływ gazów (CO, CO₂, HCN) i niedoboru tlenu. Osiągnięcie wartości 1.0 oznacza dawkę obezwładniającą, uniemożliwiającą dalszą samodzielną ewakuację. Analiza FED jest kluczowa dla określenia dostępnego czasu bezpiecznej ewakuacji (ASET).
Walidacja Scenariuszy Pożarowych
DEVC stanowi podstawę do walidacji symulacji numerycznych. Metodyka polega na odtworzeniu warunków eksperymentalnych w modelu FDS i umieszczeniu wirtualnych czujników DEVC w tych samych lokalizacjach, w których znajdowały się rzeczywiste przyrządy pomiarowe.
Porównanie danych z pliku CHID_devc.csv z wynikami pomiarów z testów ogniowych pozwala na weryfikację poprawności modelu i przyjętych założeń. Jest to kluczowy krok w procesie oceny wiarygodności i dokładności całej symulacji.
Podsumowanie
Urządzenie DEVC w FDS to potężne i wszechstronne narzędzie, które wykracza poza prosty pomiar. Jego podwójna rola – jako precyzyjnego czujnika i inteligentnego sterownika – umożliwia tworzenie zaawansowanych, dynamicznych symulacji pożarowych. Poprawne wykorzystanie DEVC jest fundamentem rzetelnej analizy warunków ewakuacji, oceny skuteczności systemów bezpieczeństwa oraz walidacji modeli numerycznych.