Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde im November 2020 der Forschungsbericht Nr. 206 zum Thema „Ertüchtigung eines kommerziellen Strömungssimulationsprogrammes zum praktikablen Gebrauch bei realen Brandszenarien“ veröffentlicht. Der Forschungsbericht steht zum kostenlosen Download zur Verfügung.
Autoren des Forschungsberichtes Nr. 206 sind M. Sc. Karen Böhler und Dr.-Ing. Ilian Dinkov. Der Forschungsbericht umfasst 62 Seiten und gliedert sich neben einer Einleitung in vier Hauptkapitel:
- Theoretische Grundlagen
- Verwendete Modelle
- Simulation eines stationären Brandes
- Simulation einer frei-brennenden Gasflamme
Im Forschungsbericht wurde eine Referenzkombination an numerischen Schalter und Modelle für die Durchführung einer Brandsimulation erstellt und mit experimentellen Datenvalidiert. Ein Fokus bei der Bewertung der Modelle lag dabei, neben der Genauigkeit, auch auf einem geringen Zeit- und Ressourcenbedarf für die Simulation.
Verschiedene numerische Modelle wurden anhand eines stationären Brandes untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen u. a., dass mit einer Auflösung mit Zellgrößen kleiner 50 mm die Genauigkeit der Berechnung ausreichend ist um die relevanten Brandgrößen wie Flammenlänge, Rauchschichthöhe und -temperatur zu approximieren. Eine zu grobe Auflösung führt jedoch zu nicht verwertbaren Ergebnissen. Die Variation unterschiedlicher numerischen Schalter hat gezeigt, dass stationäre Flammen gut durch RANS-Simulationen mit Einschritt-Reaktion und eines einfachen, diffusen Strahlungsmodells beschrieben werden können. Anschließend wurde die Referenzkombination numerischer Modelle für die instationäre Berechnungsweise eingesetzt. Ein Vergleich beider Berechnungsmethoden hat gezeigt, dass die Verwendung von weniger rechenintensiven RANS-Simulationen (Berechnungsdauer unter 2 Tage) bei der Simulation stationärer Bränden für die Abschätzung globaler Größen ausreicht, während für die Betrachtung von Maximalwerten in der Flamme eine instationäre Berechnung nötig ist.
Insgesamt kommt das Forschungsteam zum Ergebnis, dass Brandsimulationen einen potentiell sinnvollen Beitrag zum vorbeugenden Brandschutz liefern können. Zu beachten ist dabei jedoch immer, ob die gewählte Auflösung ausreichend ist. Dies gilt insbesondere bei der Simulation instationärer Brände.
Der Forschungsbericht Nr. 206 „Ertüchtigung eines kommerziellen Strömungssimulationsprogrammes zum praktikablen Gebrauch bei realen Brandszenarien“ kann kostenlos auf der Webseite der Forschungsstelle für Brandschutztechnik am KIT als pdf heruntergeladen werden.
Unter www.ffb.kit.edu finden Sie eine Übersicht aller downloadbaren Forschungsberichte.
