SIMULARE COMPUTERIZATĂ A UNUI INCENDIU LA UN AUTOTURISM ÎNTR-UN SPAȚIU SEMIDESCHIS

Silviu CODESCU, Valeriu PANAITESCU,

Adriana CUCU, Silviu GHEORGHIU

COMPUTATIONAL FIRE SIMULATION TO A CAR IN A SEMICLOSED SPACE

The article presents the work of the authors concerning the 3D fire

simulation at a semi closed space involving one stationary car. A simulation using Pyrosim software is based on the physical model in which one electrical fault accident involving a car appear. The accident, consisting in a fire event at one stationary car, is modelled at 1.5 m from height. Considering an electrical fault followed by a fire, we obtained temperature fields and smoke spread depending on time in this tunnel. These information allow us to realize an appropriate impact on the event in aim of minimizing the time for a promptly intervention.

Keywords: road tunnel fire, heat release rate, Pyrosim software Cuvinte cheie: foc de tunel rutier, rata de eliberare de căldură, Pyrosim

software 1. Introducere

Se cunoaşte faptul că având în vedere dezvoltarea traficului pe

cale rutieră, datorită numărului din ce în ce mai mare de autovehicule circulând pe străzi, s-a impus căutarea unor soluții care să faciliteze atât libera circulație cât și securitatea șoferilor, a pasagerilor și a mediului înconjurător. Una dintre aceste soluții este reprezentată de

319

utilizarea din ce în ce mai frecventă a tunelurilor rutiere, implicând, pe de o parte utilizarea la capacități majorate a tunelurilor existente, iar de cealaltă parte construirea de noi tuneluri care să corespundă cerințelor actuale și tendințelor viitoare ale necesităților în domeniu.

Istoria recentă a ultimilor ani prezintă câteva incendii de mare amploare în tuneluri rutiere, ce au dus la necesitatea studierii mai în amănunt a riscurilor existente în condițiile anterior prezentate precum și a prevenirii unor situații de urgență (incendii, în special).

Ţinând cont însă de faptul că majoritatea tunelurilor existente nu au o istorie recentă, vechimea lor medie fiind de 20-30 de ani și de faptul ca acestea au fost construite pentru traficul estimat al acelor timpuri, creșterea riscului de incendiu într-un tunel rutier în condițiile traficului actual este iminentă.

2. Scenariul de incendiu

Se presupune că într-un spațiu semideschis, asimilabil unui

tunel rutier cu 2 ieșiri are loc un incendiu la un autoturism din cauza unei suprasarcini electrice apărute la circuitul de joasă tensiune al autoturismului. Prin ardere, luând ca punct de pornire zona capotei motorului, temperaturile şi nivelurile de fum și gaze toxice cresc. Articolul prezent se ocupă de evoluţia propriu-zisă a incendiului şi mai puţin de alte implicaţii cum ar fi evacuarea şi intervenţia propriu-zisă pentru stingere.

3. Programele folosite pentru efectuarea simulării

Programul Fire Dynamic Simulator (FDS) dezvoltat de NIST

(National Institute of Standards and Technology – Institutul Naţional de Standarde şi Tehnologii din SUA) foloseşte limbajul de înaltă definiţie Fortran 90 pentru a rezolva ecuaţiile ce guvernează dinamica fluidelor. Smokeview este un program însoţitor scris în C/OpenGl ce produce imagini şi animaţii ale rezultatelor obţinute.

Programul Pyrosim reprezintă o platformă pentru utilizarea FDS, foarte folositoare pentru specialiştii în securitate la incendiu, oferindu-le acestora din urmă date susţinute matematic, cu privire la calităţile şi cantităţile asociate de obicei unui incendiu:

• temperaturi (ale aerului, ale suprafeţelor); • concentraţii (de oxigen, de gaze de ardere, de fum); • vizibilitate, strâns legată de cantitatea de fum;

320

• presiuni (ale diferitelor spaţii, presiuni exercitate de diferite surse tip ventilator etc.);

• câmpuri de temperatură, presiune şi alte elemente.

4. Etapele de lucru Etapele de lucru pentru efectuarea simulării sunt următoarele: a) alegerea spațiului semideschis și dimensionarea acestuia; b) desenarea acestuia în programul Pyrosim, cu dimensiunile

relative implementate în geometria 3D, încadrarea autoturismului în spațiu semideschis;

c) stabilirea scenariului şi a tuturor datelor de intrare; d) rularea simulării; e) obţinerea şi interpretarea rezultatelor; f) redactarea concluziilor.

5. Desfăşurarea etapelor 5.1. Desenarea geometriei staţiei în programul de simulare

Desenarea geometriei în programul Pyrosim se realizează simplu, similar cu majoritatea programelor de tip CAD. Imaginea 3D a spațiului semideschis asimilabil tunelului rutier, după proiectare, este conform figurii 1.

Ca date principale cu privire la geometrie, pot fi prezentate

următoarele: • Domeniul de 10 m lungime, 8 m lăţime şi 5 m înălţime;

Fig. 1 Imaginea 3D a tunelului rutier, spațiu semideschis unde au loc procesele termice

321

• Mașina în cauză se consideră a fi una staționară, cu dimensiunile 4,5 m x 1,5 m x 1,5 m;

• Dimensiunea celulelor de calcul (x,y,z) – 0,5 m x 0,5 m x 0,25 m, total 15.750 de celule;

• Valoarea medie a ratei eliberării de căldură (REC) este considerată 400 kW/m2, cu o formă pătrată de dimensiuni 0,36 m x 0,83 m asimilabilă zonei incendiate;

• Parametrii exteriori: temperatură exterioară 20 0C, umiditate relativă 40 %, presiune atmosferică 101 325 Pa;

• Timpul de simulare 50 secunde.

Se consideră că incendiul a pornit la un autoturism staționar, surprins în cadrul unui tunel rutier, la 3 m distanță de o ieșire și 2,5 m de cealaltă. Mașina este considerată a fi fabricată din oțel, iar pereții tunelului rutier din beton. Aerul viciat este evacuat prin ambele ieșiri ale tunelului.

Potrivit figurii 2, temperatura evoluează pe verticală până la 120 0C la o înălțime de 1,8 m, ajungând la 70 0C în apropierea tavanului tunelului.

Fig. 2 Evoluția temperaturii la 25 de secunde de la începutul simulării

Conform figurii 3, fumul devine vizibil la secunda 25 a simulării, urmând a umple jumă-tatea supe-

rioară a tunelului la sfârșitul celor 50 de secunde de simulare. 5.2. Rezultate cu privire la evoluția rec

Potrivit figurii 4, evoluția ratei eliberării de căldură este prezentată conform graficului de mai jos.

322

Fig. 3 Fum vizibil. a) La secunda 25 de la începutul simulării; b) Fumul aproape inundând jumătatea superioară a tunelului, la sfârșitul

celor 50 de secunde de simulare Se poate observa că un vârf de 350 kW este prezent la 3

secunde după simulare, urmând ca, după 4 secunde și până la sfârșitul simulării aceasta să se stabilizeze la o valoare medie de aproximativ 110 kW.

Fig. 4 Rata eliberării de căldură în

timpul simulării 6. Concluzii ■ Conside-rând situația actuală a traficului ru-tier și a infrastructurii menite să îl

susțină, tunelurile rutiere reprezintă o parte semnificativă a acesteia. Prezentul articol utilizează o simulare în cadrul programului Pyrosim în vederea obţinerii unor date de ieșire luând în calcul scenariu unui incendiu în condiţii prestabilite.

323

■ Din simulare, se obţin informații importante privind evoluția temperaturii pe verticală, ajungându-se la 117 0C în jurul nucleului focarului şi la 70 0C la nivelul tavanului tunelului, cu o valoare maximă a ratei eliberării de căldură (REC) de 350 kW.

■ Incendiul simulat a implicat un singur autovehicul într-un spaţiu deschis de dimensiuni reduse, ceea ce conduce la iminența unor urmări mai severe în cazul unui eveniment similar implicând mai multe autovehicule într-un tunel de dimensiuni superioare.

BIBLIOGRAFIE [1] Netcu, C., Popa, C., Panaitescu, V., Petcana, C., Dynamic simulation of metro subway stations fire protection by using sprinklers. VII Conference of HiydroEnergetics in Romania "Dorin Pavel" Bucharest, May 24 to 25, 2012 ISSN: 2068-276X, Bucureşti 2012, pag. 53-62. [2] Hua, G.Y., Wang, W., Zhao, Y.H., Li, L., A study of an optimal smoke control strategy for an Urban Traffic Link Tunnel fire, in Tunneling and Underground Space Technology 26 (2011) 336–344, pag.4-6. [3] Kumn, M., Nehrenheim, E., Odlare, M., Innovative measures for environmental technologies at tunnel fires. pag. 2-5. [4] Cheong M.K., Spearpoint, M.J., Fleischmann, C.M., Calibrating a FDS simulation of goods vechicle fire growth in a tunnel using the Runehemar fire experiment, in Journal of Fire Protection Engineering, Vol. 19, No.3/2009, pag. 3-5. [5] Kees, C., Tunnel fire safety, in Head TNO Centre for Fire Research, pag. 10-12. [6] Codescu, S., Chisacof, A., Anghel, I., Panaitescu, V., Environmental consequences and risk factors after a fire in a road tunnel, Septième edition du COlloque FRancophone en Energie, Environnement, Economie et Thermodynamique, Paris, CNAM, 23-25.04.2014.

Drd.Ing. Silviu CODESCU

inspector de specialitate asigurări tehnice, SC ASTRA SA, membru AGIR e-mail: silviu_codescu@yahoo.com

prof.univ.em.Dr.Ing. Valeriu PANAITESCU Universitatea Politehnica Bucureşti, membru AGIR

e-mail: valeriu.panaitescu@yahoo.com Drd.Ing. Adriana CUCU

expert SSM, fundatia ’’Alături de voi’’ România e-mail: cucu_adriana_09@yahoo.com

Drd.Ing. Silviu GHEORGHIU Ofițer in cadrul ISUMB,

e-mail: gheorghiusilviu2000@yahoo.com

324