Firefoam (CFD solver) validation in compartment fire scenario using high resolution data
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Date
2018
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Abstract
Se realizó una validación de software CFD, en donde se evaluó el desempeño del solver FireFOAM en un escenario de incendio en compartimento de escala real. La evaluación de desempeño, enfocada en calidad de resultados y tiempo de cálculo, se realizó recreando el Test I de la serie Edinburgh Tall Building Fire Tests (2017), o ETFT. Se probaron mallas de distinta geometrías (cúbicas y tetrahédricas) y tamaños (7,5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm y 40 cm). La validación basada en teoría constó en un balance de energía tanto para determinar qué tan conservativa es la discretización por Volúmenes Finitos, como para realizar un análisis de distribución de energía basado en el balance experimental desarrollado por Maluk et al. (2017). Se obtuvieron resultados no conservativos, con 0 a 20% de la tasa de liberación de calor no simulada, lo que se atribuyó tanto a la sensibilidad del solver al resolver el sistema Navier-Stokes, como a imprecisiones en los modelos de escala sub-malla. La malla tetrahédrica mostró divergencia. La validación basada en experimentos constó en una comparación entre simulaciones y mediciones de temperatura, velocidad e irradiación. Fenónemos bien captados fueron patrones de flujo al interior de compartimento, altura del plano neutro, y temperaturas fuera de la capa límite del techo. Fenómenos mal captados fueron irradiación en la capa humo, temperaturas transientes en la capa límite térmica, y ventilación. Convergencia de malla se logró tanto en temperaturas lejos de la llama como en campos de velocidad al interior del compartimento, para la malla cúbica de 10 cm, mientras que no se consiguió convergencia de malla en velocidades del plano de apertura ni en temperaturas de llama. Errores sistemáticos se atribuyen a condiciones de borde de transferencia de calor deficientes, sub-estimación de la tasa de ventilación, y distribución no uniforme de propano entre los quemadores del Test I. Se encontró que el tiempo de cálculo puede reducirse entre 60 y 70% al implementar procesamiento paralelo. Sólo las mallas de 30 cm y 40 cm lograron correr más rápido que tiempo real.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2018