belépés / regisztráció
2020. augusztus 12. szerda
Aktuális lapszám

Nyitott szórófejes oltórendszer és nagynyomású vízköddel oltó berendezés együttes működésének numerikus szimulációja, különböző

Jelen vizsgálatok célja a nyitott szórófejes oltórendszer és nagynyomású vízköddel oltó berendezés együttes működése által létrejött hármas diszperz rendszer (levegő, vízpermet, vízköd) áramlási viszonyainak tanulmányozása numerikus szimulációval. A szimulációt háromféle intenzitásra, a méretezetthez képest 40%, 75% és 100%-os állapotra végeztük el. A háromfázisú diszperz rendszer elemzéséhez a cseppeloszlást, a sebességvektorokat, a vízköd és a gőz térfogat frakcióját használtuk. A vizsgálat CFD szimuláció segítségével történt. Az általunk használt program a Fire Dynamics Simulator (FDS) 5.5.3. programverziója volt. Ebben a cikkben a numerikus szimuláció eredményeit értékeljük.

 

Korábbi vizsgálataink alapján nyilvánvalóvá vált, hogy sprinkler és nagynyomású vízköd együttes működése a kialakuló áramokon keresztül egymás hatását jelentősen befolyásolja (1,2,3). Az előző vizsgálatok már megmutatták, hogy a vízköd-cseppek, amelyek mérete a 30μm közepes átmérő tartományába esik, igen érzékenyen reagálnak a környezetükben haladó levegő áramlási paramétereinek megváltozására.

Egy újabb szimuláció sorozatban a védendő területen egyszerre működtetett, meghatározott intenzitású, nyitott szórófejes oltórendszer és nagynyomású vízköddel oltó berendezés együttes működését vizsgáltuk, állandósult állapotban. Az itt közzétett szimulációkban a létrejött hármas diszperz rendszer (levegő, vízpermet, vízköd) áramlási viszonyait tanulmányoztuk, tűz jelenléte nélkül. A vizsgálatot a sprinkler és a nagynyomású vízköddel oltó rendszer háromféle intenzitásánál (a méretezetthez képest 40%, 75%, 100%) végeztük. A háromfázisú diszperz rendszer elemzéséhez a cseppek eloszlását, a sebességvektorokat, a vízköd és a gőz térfogat frakcióját használtuk.

A szimulációs tér jellemzői

A szimulációt olyan szabályos térbe helyeztük, amelynek hossza 16,9 m, szélessége 10,1 m és magassága 5,1 m. A vizsgálati teret 7 részmezőre bontottuk, az 1. ábrán látható módon. Minden egyes részmezőnek más a felbontása. A mezőn általában 20 cm-es, a vizsgált tér közelében 10 cm-es, illetve 5 cm-es cellákat alkalmaztunk. A szórófejek közelében a cellák hasáb alakúak, alapjuk 10x10 cm, de a magasságuk 5 cm. A teljes mezőben így mintegy 400 000 a cellák száma.

A szimulációban standard sprinkler fejet vizsgáltunk, amelyből a kilépő vízcseppek eloszlására Rosin–Rammler eloszlást tételeztünk fel. A vízköd 100 bar túlnyomás mellett 24 l/perc vízkibocsátásra képes. A cseppek eloszlásának leírására itt is Rosin–Rammler eloszlást használtunk. A modellben a vízköd csepp közepes átmérője 35,53 μm. A maximális átmérő 46,31 mm, a minimális átmérő 22,69 mm.

A 2 db sprinkler és a 2 db vízköd fejet 5 m-enként helyeztük el úgy, hogy egy négyzet szemközti csúcsainál azonos fejek (sprinkler-sprinkler, illetve vízköd-vízköd) voltak a 2. ábra szerinti elrendezésben.

A szimuláció eredményei

A 3. ábra képsorai a vízcseppek eloszlását mutatják, a két vízköd fej síkjában. Az a. ábrán a 40%-os, a b. ábrán a 75%-os, a c. ábrán a 100%-os kiáramlási intenzitásnál. Az összehasonlíthatóság miatt megmutatjuk a vízköd eloszlás képét sprinkler fej nélkül is: d. ábra.

A cseppeloszlás vizsgálatából kitűnik, hogy a sprinkler vízáram nagyobb, mint az 500 μm-es cseppjei által keltett légmozgás, egy szabadsugárhoz hasonló mezőt hoz létre a sprinkler által védett térben. A leáramló mező belsejében alacsonyabb nyomás uralkodik, ami vízszintes beáramlást generál a sugár tengelye irányában. Az a., b., és c. ábrákon látszik, hogy a vízcseppek által keltett mező képes eltéríteni a vízköd- cseppeket eredeti pályájukról, a bal oldali vízköd áram jobb, a jobb oldali bal irányban deformálódik a d. esethez képest. A d. ábrán látható kontrollvizsgálatból (sprinkler nélküli eset) látszik, hogy a két egymás mellett haladó vízköd mező is hatást gyakorol egymásra.

Érdemes szemügyre venni a sebességmezőt is a térben. A cseppek eloszlásának kvantitatív elemzése mellett a sebességvektorok számszerűsíthetik az eredményeket. Az előző részhez hasonló struktúrában, a vízköd- fejek síkjában definiáltunk egy sebességteret. Vizsgálatunkat ebben a síkban folytattuk.

Az eredmények a 4. ábrán láthatók. Ha összehasonlítjuk az a., b., és c. ábrákat, akkor nyilvánvalóvá válik, hogy az intenzitás növelésével a sprinkler leáramlás mértéke, ezáltal a vízszintes beáramlási sebesség is növekszik. Annak kiderítésére, hogy ez hogyan járul hozzá a vízköd cseppek mennyiségi eloszlásához a sprinkler által védett térben, célszerű megvizsgálni a vízköd mező alakulását a kérdéses helyen. A vízköd mezőt a vízköd cseppek sűrűségével jellemezhetjük. Az 5. ábra a vízköd cseppek sűrűségének eloszlását mutatja a vizsgált intenzitásokra, kg/m3 mértékegységben.

Az intenzitás növelésével a védett térben növekvő vízködcsepp-intenzitás figyelhető meg. A vízgőz hányad 75% feletti intenzitás növekedése után már számottevően nem emelkedett. Levonható tehát a következtetés, hogy a sprinkler cseppek által keltett mező 75%-os intenzitás mellett is kedvező hatással van a vízköd szórásképre.

A függőleges metszett mellett a vízköd-mező intenzitását 1,4 m magas vízszintes síkban is vizsgáltuk. A vizsgálatot a névleges tér víz-térfogatáram 100% (c), 75% (b) és 40%(a)-os esetében vizsgáltuk.

A 6. ábra alátámasztja az eddigi megfigyeléseket. A vízköd fejek kapacitásának növelésével a vízköd intenzitása emelkedett, bár az emelkedés nem arányos a kapacitás növekedésével.

Összefoglalás

Mivel a sprinklereket a vízköd forrás szimmetriatengelyében helyeztük el, intenzív leáramlást indukáltak, amelynek fő hajtóereje a környezetükhöz képest nagyméretű sprinklercseppek tehetetlensége. A sprinkler permet 500 μm-es cseppjei által keltett légmozgás egy szabadsugárhoz hasonló mezőt hozott létre. A mező belsejében alacsonyabb nyomás uralkodik, emiatt a leáramló mező a környezet felől a sugár tengelye irányába mutató vízszintes beáramlást generált. A 30 μm közepes átmérő tartományába eső vízköd cseppek érzékenyen reagáltak a környezetükben haladó levegő sebességére, ezért pályájuk módosult. A szimmetrikus elrendezés miatt a leáramló sugár belsejében uralkodó alacsonyabb nyomás központi irányban térítette el a vízköd cseppeket a pályájukról.

Tapasztalatok szerint a tűz által keltett csóva impulzus ereje a 20 μm-nél nagyobb cseppek pályáját oly mértékben módosíthatja, amely már jelentősen befolyásolhatja az oltás hatékonyságát. A sprinklerek által keltett mező kölcsönhatásba lép a csóva nagy sebességű gázfeláramlásából keletkezett mezővel, csökkenti annak hatását, így a kisebb méretű cseppek nagyobb valószínűséggel juthatnak a tűzfészek közelébe.

A két fenti hatás eredményeként a sprinklerek vízköddel történő együttes alkalmazása javítja az oltás hatékonyságát.


Irodalom

1. Beda L., Szikra Cs.: Effect of the flow of large water droplets on the water mist sprays, Ybl Journal of Built Environment
2. Szikra Cs., Beda L.: FDS simulation of the combined use of sprinklers and water mist fire extinguishing systems, 2nd Fire and Evacuation Modeling Technical Conference, Sept. 8-10, 2014, Gaithersburg, Maryland (USA)
3. Beda L., Szikra Cs.: A nagyméretű vízcseppek hatása a vízköd sugár pályájára, XVIII. Nemzetközi Építéstudományi Konferencia, Csíksomlyó (2014. június 12-15)

***

1. ábra. A szimulációs tér részmezői
2. ábra. A sprinkler és a vízköd fejek elrendezése
3. ábra. Vízcseppek eloszlása a. 40%-os, b. 75%-os, c. 100%-os sprinkler és vízködfejek esetén, illetve d. sprinkler-fejek nélkül
4. ábra. Sebességvektorok a vízköd-fejek síkjában
5. ábra. Vízköd-mező intenzitása (kg/m3) vízköd-fejek síkjában
6. ábra. Vízköd-mező intenzitása (kg/m3) 1,4 m magas vizsgálati síkon

Beda László
főiskolai tanár
Szent István Egyetem, TŰz- és Katasztrófavédelmi Intézet


Szikra Csaba
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,
Építészmérnöki Kar Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

A szerzõ egyéb cikkei:

  Mérnöki módszerek alkalmazása a hő- és füstelvezetésben II.
  Mérnöki módszerek alkalmazása a hő- és füstelvezetésben I.

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam