Palotutkimuksen päivät 2007 - Pelastustieto

Simo Hostikka, VTT, PL 1000, 02044 VTTFDS-ohjelmanuusia ominaisuuksiaTiivistelmäFire Dynamics Simulator (FDS) -ohjelmanviides versio tuo mukanaan joukon muutoksia,jotka vaikuttavat ohjelman käyttöön jakäytettävyyteen. Tärkeimmät fysikaalistenmallien parannukset ovat kaasufaasin palamismallinpäivitys, joka mahdollistaa happirajoitteistenpalojen entistä tarkemmansimuloinnin, ja uusi kiinteän aineen lämmönsiirtomalli,jonka avulla voidaan entistärealistisemmin simuloida kerroksellisia jamonista materiaaleista koostuvia rakenteita.Uusien pyrolyysimallien hyödyntäminen vaatiikuitenkin myös entistä suuremman joukonparametreja, joiden määrittämiseksi simulointientekijät joutuvat ponnistelemaan.Erityistä huomiota FDS-ohjelman päivityksenyhteydessä on kiinnitetty ohjelman kelpoisuudenosoittamiseen luomalla erityinenverifiointi- ja validointitapausten tietokantaja dokumentaatio.JOHDANTOFire Dynamics Simulator -ohjelmasta on viimevuosien aikana muodostunut tärkein yksittäinenpaloturvallisuussuunnittelun työkalu.Kehitystyötä koordinoi edelleen NationalInstitute of Standards and Technology. Muitakehittäjiä ovat VTT ja Hughes Associates106 Palotutkimuksen päivät 2007Inc. Ohjelman viides versio tuo mukanaanuseita parannuksia ohjelman fysikaalisiinmalleihin sekä käytettävyyteen. Tärkeimmätfysikaalisten mallien päivityksen liittyvät kaasufaasinpalamisreaktioihin, ja epätäydellisenpalamisen mallintamiseen, sekä kiinteän aineenmallintamiseen. Uudessa mallissa onmahdollista kuvata kiinteitä monikerroksisiaja monikomponenttisia materiaaleja, joillevoidaan lisäksi määritellä mielivaltaiset kemiallisethajoamisreaktiot.Tässä esitelmässä luodaan katsaus uusiinfysikaalisiin malleihin ja niiden käyttöön paloturvallisuussuunnittelussa.Uudet fysikaalisetmallit luovat tarpeen entistä tarkemmilleja monimuotoisemmille simuloinnin lähtötiedoille.Kiinteän aineen reaktioiden yksityiskohtainenkuvaus esimerkiksi vaatii neljäreaktioon liittyvää parametria per reaktio.Tämän lisäksi tarvitaan tavallisimmat termodynaamisetominaisuudet kuten lämmönjohtavuudetja ominaislämpökapasiteetit. Reaktioparametrejavoidaan määrittää kemiallisillapienen mittakaavan termogravimetrisilla kokeillasekä muilla pienen mittakaavan kokeilla,kuten kartiokalorimetri. Parametrien määrittäminenvoi olla kuitenkin hyvinkin monimutkainenmatemaattinen prosessi, koskamikään koemenetelmä ei suoraan mittaatarvittavia suureita. Materiaaliominaisuuksienmäärittämiseen kokeellisista tuloksista onkinkehitetty uusia epälineaariseen ja moniulotteiseenoptimointiin perustuva laskentamenetelmiä[1,2].Palosimuloinnin soveltamisen ja sen avullatehtyjen suunnitelmien hyväksyttävyydenkannalta on tärkeää, että palosimulointiohjelmaon huolellisesti dokumentoitu, verifioituja validoitu. Erityisesti nämä tarpeet korostuvatydinvoimaloiden turvallisuustarkasteluissa.FDS-ohjelman dokumentoinnissaonkin kiinnitetty entistä enemmän huomiotaverifiointi ja validointitietokannan dokumentointiinja toistettavuuteen. Perinteisestimallien validoinnissa on viitattu mallien kehitysvaiheessajulkaistuihin tieteellisiin artikkeleihinja teknisiin raportteihin. Jatkuvastikehittyvien ohjelman yhteydessä validointisimuloinniton kuitenkin toistettava ja raportoitavajokaisen olennaisen versiopäivityksenjälkeen. FDS-ohjelmalle onkin tehty uudentyyppinen, erillinen verifiointi ja validointiraportti,jota päivitetään jatkuvasti, ja johonliittyy avoimesti saatavilla olevien laskentatapaustentietokanta.UUSIA OMINAISUUKSIAPalamismalliPalosimulointiohjelman tärkein yksittäinenfysikaalinen malli on palamismalli. Palamismallilaskee missä ja kuinka voimakkaasti