مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

توسعه یک مدل آتشکافت جهت شبیه‌سازی عددی تجزیه‌ی حرارتی ماده‌ی جامد قابل اشتعال

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
یکی از اهداف مطالعه‌ی پدیده‌ی آتش، شبیه‌سازی آن در مقیاس‌های بزرگ می‌باشد. از مهمترین رفتارهای آتش گسترش شعله از یک نقطه به یک نقطه‌ی دیگر است که باعث تخریب ساختمان‌ها، جنگل‌ها و ... می‌شود. به همین دلیل گسترش آتش روی مواد جامد از اهمیت زیادی برخوردار است. در شبیه‌سازی گسترش شعله به روش دینامیک سیالات محاسباتی روی جسم جامد، پیش‌بینی دقیق رفتار آتشکافت جامد نقش مهمی را ایفا می‌کند. در این مطالعه یک مدل یک‌بعدی آتشکافت بر پایه‌ی کد متن‌باز اپن‌فوم توسعه داده شده‌ است تا با بالا بردن دقت و کارایی مدل موجود، شبیه‌سازی گسترش شعله در دسترس قرار گیرد. نتایج این مدل با نتایج تجربی برای دمای سطح جامد و نرخ جرم از دست رفته ماده‌ی پی‌ام‌ام‌ای مقایسه شده است. به دلیل عدم وجود مقادیر مشخص و یکتا این پارامترها در اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی، نیاز به مشخص کردن مقادیری به عنوان ورودی برای مدل می‌باشد تا نتایج مدل‌سازی با نتایج تجربی همخوانی مطلوبی داشته باشند. به همین منظور، استفاده از روش‌های بهینه‌سازی بسیار مرسوم می‌باشد. به علت تعدد پارامترهای ورودی و ماهیت غیرخطی مساله، فرآیند بهینه‌سازی بسیار پرهزینه می‌باشد که در این مقاله به بررسی تأثیر پارامترهای ورودی بر نتایج مدل آتشکافت توسعه داده شده پرداخته شده است تا بتوان اثرات پارامترهای ورودی را بر آتشکافت مشاهده کرد. از طرفی، پارامترهای مهم بر دمای سطح و نرخ جرم از دست‌رفته معرفی شده‌اند تا با بهینه‌سازی این پارامترها از هزینه‌ی محاسبات فرآیند بهینه‌سازی در مشخص کردن پارامترهای ورودی کاسته شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Developing a pyrolysis model for numerical simulation of thermal decomposition in combustible solid

نویسندگان English

Shahrooz Motaghian
Hadi Pasdarshahri
چکیده English

In fire community, predicting large scale fire behavior is the main target of researches. Flame spread from one area to another is one of the most important fire behaviors which may lead to destruction of buildings, jungles and etc. Therefore, in recent years, flame spread of solid is attracting many attentions and many studies focused on these phenomena. Pyrolysis modeling is one of main aspects in flame spread simulations via computational fluid dynamics (CFD) method. A 1D pyrolysis model has been developed based on OpenFOAM, an open source toolbox in order to enhance FireFOAM solver potential to simulate flame spread on solid materials. The prediction of developed pyrolysis model has been compared with empirical data for surface temperature and mass loss rate of PMMA. Uncertainties in experimental measurements caused for input parameters not to be unique, thus, a particular set of model input parameters have to be determined to reach an acceptable agreement between pyrolysis model and experimental results. Using optimization method is very common in that matter. The non-linear nature of problem and input parameters being numerous would make optimization calculation expensive. In this article, the effects of input parameters (as PMMA properties) have been investigated to firstly, to observe the effects of material properties on pyrolysis process. In the other hand, the most influential properties are introduced in order to reduce computational costs in optimization process by optimizing only these properties.

کلیدواژه‌ها English

Fire
CFD
Pyrolysis
Flame Spread
PMMA