Simulation of water cooling in fires
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2017-12-11
Department
Major/Subject
Rakennetekniikka
Mcode
R3001
Degree programme
Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
47+31
Series
Abstract
This thesis examines the ability of fire simulator program called Fire Dynamics Simulator (FDS) to model heat transfer between hot surfaces and liquid droplets. This heat transfer is modelled in FDS with a fixed heat transfer coefficient value. In this work a more advanced equation for the heat transfer coefficient is introduced in the heat transfer model, which takes better account of phenomena occurring in droplets. The operation of heat transfer models has been evaluated by simulating the three experimental conditions obtained from the literature on both heat transfer models. Two tests are micro scale experiments in which a heated metal plate has been cooled by a water jet. The scale of these trials is a few centimetres. The third test is a large-scale experiment in which the cooling effect of sprinklers has been studied to surface temperatures of steel truss in a room fire. When comparing the results of the simulations with the experimental results, it is noticed that neither of two heat transfer models are able to predict the surface cooling in the microscale experiments very precisely. This is likely to be due to the fact that no all factors affecting heat transfer have been observed such as varying speeds of the droplets on the surfaces or the effect of the boiling on the heat transfer coefficient. Also, the suitability of the equations used for the heat transfer of the improved model to droplets is questionable. In a room fire where the surfaces were cooled by sprinklers, the differences between simulated and measured temperatures were minimal. On a large scale, the sprinkler’s cooling effect to hot rises to a significant degree and also the surface temperatures drop rapidly to a level where the modelling of heat transfer between the surface and droplets does not have to be very accurate. Based on the results, it can be stated that FDS is well suited for the simulation of surface temperatures in sprinkled room fires using either of the heat transferTässä diplomityössä tarkastellaan palosimulointiohjelmisto Fire Dynamics Simulatorin (FDS) kykyä mallintaa lämmönsiirtymistä kuumien pintojen ja nestepisaroiden välillä. Tätä lämmönsiirtymistä on FDS:ssä mallinnettu kiinteällä lämmönsiirtymiskertoimen arvolla. Tässä työssä esitetään lämmönsiirtoalimalliin lämmönsiirtokertoimelle kehittyneempi yhtälö, joka ottaa paremmin huomioon pisaroissa tapahtuvia ilmiöitä. Lämmönsiirtymismallien toimintaa on arvioitu simuloimalla kirjallisuudesta saatuja kolmea kokeellista tilannetta molemmilla lämmönsiirtomalleilla. Kaksi koetta ovat pienoisskaalan kokeita, joissa kuumennettua metallilevyä on jäähdytetty vesisuihkulla. Näiden kokeiden mittakaava on muutamia senttejä. Kolmas koe on suuren skaalan koe, jossa on tutkittu sprinklerien jäähdytysvaikutusta teräsristikkoon huoneistopalossa. Kun simulointien tuloksia verrataan kokeellisiin tuloksiin, huomataan, etteivät kummatkaan lämmönjohtumismallit kykene ennustamaan pinnan jäähtymistä pienen skaalan kokeissa kovinkaan tarkasti. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, ettei malleissa ole huomioitu lämmönsiirtymiseen vaikuttavia tekijöitä kuten pisaroitten vaihtelevaa nopeutta pinnoilla tai kiehumisen vaikutusta lämmönsiirtokertoimeen. Myöskään parannellun mallin lämmönsiirtymiseen käytettyjen yhtälöiden soveltuvuus pisaroihin on kyseenalaista. Huonepalossa, jossa pintoja jäähdytetään sprinklauksella, simuloitujen ja mitattujen lämpötilojen ero oli vähäinen. suuressa mittakaavassa sprinklauksen vaikutus kaasujen lämpötilaan nousee merkittävään asemaan samalla kun pintojen lämpötilat putoavat nopeasti tasolle, jossa lämmönsiirtymisen mallintaminen pinnan ja pisaroiden välillä ei tarvitse olla kovin tarkkaa. Tulosten pohjalta voidaan todeta, että FDS soveltuu hyvin pintalämpötilojen simulointiin sprinklatuissa huonepaloissa käytettiinpä kumpaa tahansa lämmönsiirtymismallia, mutta kokeellisempiin tilanteisiin malleja tulee kehittää.Description
Supervisor
Hostikka, SimoThesis advisor
Mikkola, EskoKeywords
fire simulation, water cooling, sprinkler, fire