Компьютерное моделирование сценариев пожара.

По поручению Немецкого Федерального министерства экономики Немецкий Федеральный институт исследования и испытаний материалов отвечает за техническую и общественную безопасность, связанную с технологиями производства и применения химических веществ и материалов. В течение довольно длительного времени институт пользовался для наблюдения за воздействием огня на различные материалы лабораторными весами Sartorius LA2200S.

Институт

Научно-исследовательские работы института и проводимые им испытания были, в основном, направлены на сектора техники безопасности, системы герметизации опасных материалов, безопасности конструкций, материалов и окружающей среды и технологии обработки поверхностей, помимо прочих. Предоставляемые институтом услуги направлены на крупные целевые группы, образованные немецким федеральным правительством, бизнесом и обществом в целом.

Отдел по безопасности структур института вместе со специальным отделом по технике пожарной безопасности, созданным в начале 2006 года, выполняет экспериментальные исследования пожаров в жилых домах и проводит эти исследования, пользуясь цифровыми методами для оценки последствий таких пожаров. В этой связи, при исследовании причин пожаров и принципов поведения полимеров во время горения, задача заключается в том, чтобы найти средства получения дальнейшей информации путем выполнения собственных дополнительных экспериментов.

Постановка эксперимента

Аналитические весы LA2200S в сочетании и персональным компьютером, которое было легко наладить и использовать, помогло получить содержательные результаты испытаний. Использованная модель отличается исключительной надежностью, прочностью и точностью результатов взвешивания. Весы LA2200S были помещены под вытяжной колпак. Чаша весов была снабжена съемной рамой для удержания образца над чашей. Во избежание возможного перегрева весов были предусмотрены прокладки между чашей весов и рамой. Испытаниям полимерной базы подвергались технические полуфабрикаты, а также возгорающиеся предметы домашнего обихода. На весах LA2200S подвергались сжиганию такие мелкие предметы, как компакт-диски, куклы Барби, игрушки Лего и т.д.

Результаты

После поджигания материала на весах можно было непрерывно регистрировать потерю массу за единицу времени. Процесс и его продолжительность индивидуально зависели от базы, структуры и состава материала (например, наличия дополнительных огнезащитных включений), а также от поверхности, массы и отношения поверхности к массе. Побочные эффекты горения материала, как, например, сгорающий мусор и образующиеся в результате горения капли, также влияли на исход этого процесса. Затем вычислялись массовая скорость горения и скорость выделения теплоты по измеренным данным. Результаты послужили вводными данными для компьютерных вычислений пожаров в жилых помещениях. С этой целью были составлены цифровые модели вычислительной гидродинамики (CFD) для различных сценариев пожара при помощи программного обеспечения Fire Dynamics Simulator [Имитатор динамики пожара] (FDS, NIST). Валидация цифровых моделей осуществлялась на основании экспериментальных данных.

Этот метод значительно отличается от стандартных методов испытаний, как, например, от стандарта DIN 4102-1 "Поведение строительных материалов и компонентов в огне", в котором задается организация испытания и время, а подводимая энергия определяется по отношению к испытательному образцу. Целью института является разработка рекомендаций, основывающихся на результатах испытаний, для того, чтобы повысить пожарную безопасность и обосновать необходимость пересмотра соответствующих правил и стандартов.