Dunamenti Tűzőr Tervező és Fővállalkozó Kft. H-1131 Budapest, Szent László út 109/A; Tel./Fax: 36-(1)-320-9888; 350-2329; www.tuzor.hu

Főoldal | Beszámoló

Széchenyi Terv Nemzeti Fejlesztési Ügynökség

Alap- és alkalmazott kutatás

A tűzvédelem,a műszaki tudományterületen belül, az utóbbi évtizedben kezdett önálló szaktudománnyá válni a katonai műszaki tudományok, az élet- és a vagyonbiztonság egy igen sajátos, de mondhatni ősi területén. A tűzvédelmi diszciplína magában foglalja a tűz kialakulásának és terjedésének elméletéhez kapcsolódó kutatásokat; az égés következtében keletkezett hő- és füstterjedés törvényszerűségeinek és az élőlényekre, anyagi javakra gyakorolt hatásainak vizsgálatát; az oltóanyagok fizikai-kémiai viselkedésével és a tűzoltás elméletével összefüggő kutatásokat; a tűz megelőzésével és oltásával kapcsolatos műszaki megoldások keresését; a tűzoltás taktikájának fejlesztését.

Jelen munka egy széles körben alkalmazott tűzoltóanyag, a víz, újszerű alkalmazásával összefüggő kutatások sorába illeszkedik.

A víz ősidőktől fogva alkalmazott tűzoltó anyag. Népszerűsége még ma is annak köszönhető, hogy könnyen hozzáférhető, nem toxikus, és a legtöbb helyen viszonylag olcsó. Emellett hatásosan alkalmazható a tűz oltására, mert jelentős mennyiségű hőt abszorbeál mind a nagy fajhője, mind pedig a jelentős párolgáshője következtében.

A víz alkalmazása alapvetően kétféle alakban történik: kötött vízsugár és szórt vízsugár formájában. Kötött vízsugarat leginkább tűzoltó sugárcsövek alkalmazásával állítják elő, amit pl. a tűzoltóság használ a beavatkozás során.

A szórt vízsugarakat permet-képzéssel (sprinkler berendezések) illetve porlasztással (vízköd berendezések) állítják elő. Mindkét esetben jellemző fluidum áramlási formák alakulnak ki, amelyek alapvetően meghatározzák az oltási hatékonyságot, illetve az alkalmazási lehetőségeket.

A pályázat részeként, alap és alkalmazott kutatást végeztünk, a nyitott szórófejes oltóberendezés és a nagynyomású vízköddel oltó berendezés együttes alkalmazásának területén.Az alapkutatás magában foglalta az irodalomkutatást, és a numerikus szimulációs elemzést.

I. Irodalomkutatás

Az irodalomkutatás célja a nagynyomású vízköd alkalmazása során fellépő oltásmechanizmusok és áramlások, valamint a diszperz vízköd-levegő elegy áramlási folyamatának megismerését célzó legújabb kutatási eredmények megismerése. Emellett cél volt a sprinkler fejek vízpermet szórási képe, illetve a vízcseppek röppályájának leírása témakörökben, továbbá a vízcseppek mozgásának és a környezeti levegő áramlási viszonyainak kölcsönhatása témakörben az irodalomban fellelhető eredmények megismerése.

Az irodalomkutatás során felkutattuk, összegyűjtöttük és elemeztük a sprinklerrel és a vízköddel oltás hozzáférhető (nem titkos) nemzetközi publikációit. Összesen 82 publikációt jelöltünk meg az irodalmi hivatkozási jegyzékben. Megjegyezzük, hogy a kijelölt témával foglalkozó tudományos közlemények száma ennél lényegesen nagyobb, jelentős részüket tanulmányoztuk is, de ahhoz, hogy alapos és célirányos képet tudjunk alkotni, az általunk megjelölt irodalmak alapján azt lehetségesnek ítéltük meg. Nem volt egyszerű a válogatás, mert a sokszor egymásnak ellentmondó közlemények közül ki kellett választani azokat, amelyek tudományos értéke nem kérdőjelezhető meg.

Az irodalomkutatás összefoglalójának főbb fejezetei:

  1. 1. A sprinkler fejek vízpermet szórási képe, a vízcseppek röppályája, mozgásuk és a környezeti levegő áramlási viszonyainak kölcsönhatása
    1. 1.1 Oltási mechanizmusok sprinklerek alkalmazásakor, a vízcseppek keletkezése, a sprinkler-permet kialakulása,
    2. 1.2 A cseppeloszlás jellemzése a sprinkler permetben,
    3. 1.3 A cseppeloszlás meghatározása,
    4. 1.4 A cseppek mozgásaés hőmérsékletváltozása, a cseppek pályája,
    5. 1.5 A sprinklerpermet és az égésgázok (plume, meleg-réteg) kölcsönhatása,
    6. 1.6 A sprinklerpermet jellemzése, és a permet-égésgázok kölcsönhatásainak numerikus szimulációja,
  2. 2. A vízköd és a vízköddel oltás jellemzése
    1. 2.1 Oltási mechanizmusok vízköd alkalmazásakor,
    2. 2.2 A vízköd-permet keletkezése, cseppeloszlás meghatározása, a numerikus modellezés nehézségei,
  3. 3. Duális oltás, a vízcseppek ütközése, az FDS CFD modell használata
  4. 4. Irodalomjegyzék

Az irodalomkutatás eredményeként tett főbb megállapításaink:

  1. a. A sprinkler és a vízköddel oltó rendszerek között elsődlegesen a vízhozamban, a vízcseppek méretében, és a vízcseppméret eloszlásban jelentkezik a különbség. A hagyományos sprinkler-permetben nagy arányban vannak 1mm-nél nagyobb átmérőjű cseppek. Ezzel szemben a vízköd-permetben legalább 99 tf%-ban a vízcseppek mérete 1mm alatt van, az NFPA definíció szerint. A nagyon finom diszperzió következtében a köd képes úgy terjedni a térben, ahogyan a gázok terjednek. A vízfázis nagy felülete miatt a köd hatásosan párolog, így a cseppek átmérője rohamosan csökken. A köd-permet (az egyes vízcseppek kis momentuma miatt) általában nem hatol az égő anyag felületéig, és a lángok oltása gázfázisban történik. Ezzel szemben a sprinkler-permet hatékonyan fejti ki hatását a nem árnyékolt felületekre jutva, a felület hűtésével, illetve a pirolízis sebességének csökkentésével. Az árnyékolt felületekre a sprinkler-permet közvetlenül nem jut be.
  2. b. A kvantitatív jellemzéshez használt paraméterek: a cseppméret eloszlás, a vízáram sűrűség, a permet-kúp szöge, és a cseppek áramlási sebessége. A cseppméret eloszlás világosan reprezentálja a porlasztás fokát, a többi paraméter inkább mutatja a diszperzió tulajdonságait, és csak indirekt információt ad a porlasztásról. A felsorolt paraméterek közvetlenül kapcsolatban állnak az oltási mechanizmussal, míg más jellemzők, mint pl. a helyiség geometriája, a szellőzési körülmények, az égő anyagok tulajdonságai külső tényezőknek tekinthetők.
    A cseppek nyomvonalát és a párolgási sebességeket a permet-áramlás és a környező fluidum (gázok) állapota határozzák meg (a teljes áramlási kép, a hőmérsékletetek, és a fluidumok fizikai paraméterei, mint pl. a viszkozitás és a sűrűség).
  3. c. A vízköddel oltás teljes egészét vizsgálva, együtt kell tekintetbe venni a teljes többfázisú áramló rendszert, ami áramló vízcseppekből, a belőlük képződött gőzből, a tűz által keltett levegőáramlásból, és a permet által létrehozott légáramokból áll. Mivel a többfázisú fluidum-dinamika erősen befolyásolja a tűzoltás hatékonyságát, a folyamatok leírására van lehetőség a klasszikus tömeg, momentum és energia megmaradási egyenletek alkalmazásával.
  4. d. Az áramlások dinamikájának ismerete fontos a vízköddel oltás vizsgálatában, különösen az egészen apró cseppek esetén. Például nagy tüzeknél, amikor a plume-áramok erőteljesek, a hőmérsékletek is magasak, az apró kis sebességű cseppek nem képesek behatolni a plume-áramba, és elérni a lángokat. Ezek a cseppek elpárolognak, vagy a plume-indukált légáramok elsodorják őket. Más esetekben, a levegőben lebegő vízköd szemcsék bejutnak a tűz által indukált áramokba, és hozzájárulnak az oltáshoz. Úgy tűnik, hogy a cseppméret az egyik meghatározó paraméter az oltás hatékonyságának megítélésében.
  5. e. A vízköd az oltás során nem teljesen úgy viselkedik, mint a gázok. A térbe juttatott vízből képződő cseppek több régióra oszthatók:
    1. 1. azok a cseppek, amelyeket elsodor a légáram, mielőtt a tűzbe jutnának,
    2. 2. azok a cseppek, amelyek behatolnak a plume-ba, átmennek rajta, vagy valamilyen más úton érik el az égő felszínt a plume alatt, gátolják az égést és gőzzé alakulva hígítják az égés terét,
    3. 3. azok a cseppek, amelyek a falnak vagy a mennyezetnek ütköznek, azt hűtik,
  6. f. A védelem összetettségéből eredően, és a large-scale tesztek költséges volta miatt, a numerikus modellezés területén folynak kutatások. Ezek egy része a numerikus programok validálására, más része új programok kifejlesztésére irányul.

II. A DUÁLIS RENDSZEREK ELEMZÉSE NUMERIKUS SZIMULÁCIÓVAL

„Duális rendszer” alatt értjük a sprinkler-vízköd együttes alkalmazásával létrejött összetett rendszert.

A numerikus szimuláció a rendszerek áramlástechnikai elemzésének korszerű, igen hatékony, és egyben költségkímélő módszere. Kiegészíti a large-scale teszteket, és értékes betekintést nyújt a fizikai folyamatok megértésébe, amikor a valódi kísérletek eredményeit interpretálják. A szimulációra CFD eszközöket használnak. A tér komplexitásából következően – hogy tudniillik a tűzzel kapcsolatos fizikai-kémiai folyamatokat, illetve a tömeg, energia és impulzusáramlásokat együtt kell modellezni – csakis olyan CFD programok jöhetnek számításba, amelyeknek van tűzmodell része. Az egyik ilyen modell, a ma legintenzívebben használt és kutatott Fire Dynamics Simulator (FDS).

Ebben a kutatási fázisbanelvégzett munkák, és a kutatás eredményeinek vázlatos összefoglalása:

1. CFD modellek alapjainak ismertetése

  1. 1.1 A térben áramló közeg általános mozgás egyenlete
  2. 1.2 A folytonossági tétel
  3. 1.3 Newtoni közeg mozgásegyenlete
  4. 1.4 Turbulencia modellek
    1. 1.4.1 Az örvény viszkozitás elmélete
    2. 1.4.2 A keveredési úthossz modell
    3. 1.4.3 Standard K-ε modell
    4. 1.4.4 LES (LargeEddySimulation) modell
  5. 1.5 A transzportegyenletek numerikus megoldása
    1. 1.5.1 Taylor-sorba fejtés
    2. 1.5.2 Súlyozott hibafüggvény módszer
    3. 1.5.3 Egydimenziós megoldások
      1. Központ differencia módszer
      2. Áramlás irány felől való súlyozás
      3. Analitikus megoldás
      4. Az exponenciális módszer
      5. Hibrid módszer
      6. Hatvány módszer
      7. A módszerek általános megfogalmazása
      8. A különböző módszerekből levonható következtetések
    4. 1.5.4 Síkfeladatok
    5. 1.5.5 Térbeli feladatok

2. Vízcseppek a CFD modellben

  1. 2.1 A cseppek hatása a levegőre
  2. 2.2 A csepp eloszlásmodellje
  3. 2.3 A csepp termodinamikai modellje

3. Az alkalmazott FDS modell leírása

  1. 3.1 A cseppek hatása a levegőre
  2. A használt szimulációs program a NIST és a VTT által közösen fejlesztett „FireDinamic Simulator” (FDS). Az FDS a CFD (Computational Fluid Dynamics) modellezés eredményeire épül. A program algoritmusai a folytonosnak feltételezett közeg mozgási egyenleteit (Navier-Stokes egyenletek) oldják meg. Az algoritmusok optimáltak az alacsony mozgási sebességre, a felhajtóerőre, hő- és anyagtranszportra (például füst), tehát az égésvezérelt jellemzőkre. A vizsgált tér turbulens mozgásának leírása Smagorinsky féle LES (LargeEddySimulation) modellel történik.

    A program alkalmas két- illetve háromdimenziós modellek építésére. A vizsgált térbe helyezett objektumok, minden a hőátadással kapcsolatos fizikai folyamat kezelésére alkalmasak. Az objektum belsejében vezetéssel terjedhet a hő, az objektum felületéről a vizsgált tér felé, akár a tűz hő-fejlődésének tartományában, konvekcióval és sugárzással is transzportálódhat. Az objektum tárol, késleltet és csillapít. Az objektum felületéről a hőtranszport mellett anyagtranszport is lehetséges.

    A program a CFD elvű anyag és hőtranszport egyenletek mellett képes tűzvédelmi részproblémák kezelésére, mint amilyenek pl.: az aktív rendszerek vezérlése, a jelző és oltóberendezések üzemeltetése, a gravitációs hő- és füstelvezető elemek méretezése, a tűz sajátosságainak programozása.

  3. 3.2 A szimulációs tér
  4. A numerikus szimulációs számítások számára a vizsgált térben létre kell hozni egy hálót (ahogyan az a matematikai modell fejezetben látható), mivel a CFD szimulációs modellek a cella elvet alkalmazzák. Egy cellán belül a skalár és vektor mennyiségek térben nem változnak. Ez azt is jelenti, hogy a számítás pontosságát alapvetően meghatározza a háló finomsága. A háló finomításának felső korlátját (cellák számát), adott geometriai modell esetében a számítógép kapacitás határozza meg. A jelen számítógép teljesítmények nagyjából 500 000 cella alkalmazását teszik lehetővé. Egyenletes eloszlású háló helyett célszerű összetett hálót alkalmazni, azaz a vizsgált teret több különböző felbontású háló segítségével építjük fel. A vizsgált tér közvetlene közelében sűrűbb, tőle távolabb ritkább hálót alkalmazunk. Az FDS program sajátsága, hogy számos részháló definiálható. Több részmező definiálására azért is szükség van, mert minden részhálót egy önálló számítógép maghoz rendeli az algoritmus. Több részmező esetében több számítógépmag dolgozik egyszerre. Ennek az a hátránya, hogy meg kell próbálni egyenszilárdságú részhálókat készíteni, mivel ha valamelyik mező –egy cikluson belüli – számításával a processzormag elkészült, vár a többi magra, hogy szintén befejezze a számítást. Az 1.ábrán a modellben alkalmazott részmezőket látjuk. Látható, hogy a teret 7 részmezőre bontottuk. Miden 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-es. A teljes mezőn így, mintegy 400 000 a cellák száma.

    A modell számára alkalmazott részmezők
    1. ábra A modell számára alkalmazott részmezők
  5. 3.3 A kísérleti és szimulációs tér tervezése, a geometriai és az anyag modell
  6. Az FDS program alapvetően 3dimenziós derékszögű koordináta rendszerben gondolkodik. Bonyolultabb alakzatok kezelésére a háló finomításával van lehetőség. A rendelkezésre álló adatok alapján elkészítettük az épületszerkezet háromdimenziós modelljét. A modellbe beépítettük az épület tartószerkezetét, falazatait, padlóját, födémjét, nyílászáróit. A stabil égés fenntartása érdekében az épületszerkezeten a nyílászárók egy részét kinyitottuk (2. ábra).

    Az alkalmazott 3 dimenziós modell
    2. ábra Az alkalmazott 3 dimenziós modell

    A program lehetővé teszi, hogy a jobb érthetőség kedvéért egyes elemeket átlátszóvá tegyünk, így könnyebbé válik az értékelés is:

    A szimulációhoz megadtuk modelltér főbb geometriai jellemzőit, és összeállítottuk azanyagmodelleket (beton, tégla, acél, üveg), a tranziens folyamatok pontosabb kezelése érdekében.

  7. 3.4 A tűzmodell
  8. A tűztér egyik legfontosabb jellemzője a keletkezett tűz teljesítményének időbeli változásaami az általunk alkalmazott CFD szimuláció bemenő paramétere. A modellbe heptán tüzet építettünk be. A folyadéktűz legfontosabb paramétereit elméleti megfontolások alapján, kiegészítve csóvaegyenletekkel, számolótáblával feldolgoztuk. A tűz felülete 1 m2. Az alábbiakban a Heptán tűz CFD modellje látható:

    &REAC ID='HEPTANE',
    FYI='NIST NRC FDS5 Validation',
    C=7.0,
    H=16.0,
    O=0.0,
    N=0.0,
    CO_YIELD=0.006,
    SOOT_YIELD=0.015/
    &SURF ID='TUZ',
    COLOR='RED',
    MLRPUA=0.073,
    RAMP_Q='TUZ_RAMP_Q'/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=5.0, F=0.5/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=10.0, F=1.0/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=150.0, F=0.5/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=200.0, F=0.25/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=250.0, F=0.12/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=300.0, F=0.06/
    &RAMP ID='TUZ_RAMP_Q', T=360.0, F=0.0/

  9. 3.5 A sprinkler fej modellje
  10. A sprinkler hő-érzékeléséhez alkalmazott modell:

    A sprinkler hő-érzékeléséhez alkalmazott modell

    Az egyenlet paraméterei: sprinkler fejben lévő érzékelő hőmérséklete; Tg – fej környezetében a gázhőmérséklet Tm – sprinkler hőmérséklet (környezeti hőmérséklet); β – a környező gázáramban haladó víz térfogathányada; RTI – detektorérzékenység - (Response Time Index) (√ms) RTI=50; C – Az érzékelőtől távozó hő együtthatója (hővesztéség tényező)(√ms); C2 – állandó (sprinklerek esetén) C2=6x10^6K/√ms. Mivel a sprinklerek a kísérlet alatt manuálisan indulnak, az érzékelő modellt kikapcsoltuk.

    A sprinklerek által a térbe jutatott cseppek modellezésére a Lagrange hatáselvet használtuk. Az elv szerint, a befutott pálya olyan, amelynek mentén számított hatás stacionárius, azaz a pálya kis odébb tolására nem változik. Így a pályát nem az erőhatásokra bekövetkező gyorsulások alapján építjük, hanem a stacionárius hatás alapján próbáljuk kiválasztani a lehetséges pályák közül. A hatás egy skalármennyiség (egy szám), energia × idő mértékegység dimenzióval. Az elv egyszerű, általános és hatásos elmélet a klasszikus mechanika mozgásainak leírására.

    Cseppek eloszlásának modellje:

    Rosin – Rammler eloszlást, melynek egyenletei:

    Rosin – Rammler eloszlás

    Az egyenletben σ, γ állandók, dm közepes átmérő.

    A sprinkler FDS modellje:

    &PART ID='SPR_Droplet',
    WATER=.TRUE.,
    AGE=60.0,
    SAMPLING_FACTOR=5,
    SPECIFIC_HEAT=4.184,
    MELTING_TEMPERATURE=0.0,
    VAPORIZATION_TEMPERATURE=100.0,
    HEAT_OF_VAPORIZATION=2259.0/
    &PROP ID='Water Spray',
    PART_ID='SPR_Droplet',
    FLOW_RATE=100.0,
    DROPLET_VELOCITY=5.0/

  11. 3.6 A vízköd fej modellje
  12. A rendelkezésre bocsátott Danfoss gyártmányú, 5-12-56-6-27-00 típusú vízköd fej adatait dolgoztuk fel az FDS programban, kód:

    &PROP ID='Mist_Spray_6sub',
    PART_ID='Mist_Droplet',
    DT_INSERT=0.002,
    OFFSET=0.1,
    DROPLETS_PER_SECOND=50000,
    FLOW_RATE=24.0,
    SPRAY_PATTERN_TABLE='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE'/
    &TABL ID='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE', TABLE_DATA=50.0,70.0,-5.0,5.0,132.0,0.116/
    &TABL ID='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE', TABLE_DATA=50.0,70.0,55.0,65.0,132.0,0.116/
    &TABL ID='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE', TABLE_DATA=50.0,70.0,115.0,125.0,132.0,0.116/
    &TABL ID='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE', TABLE_DATA=50.0,70.0,175.0,185.0,132.0,0.116/
    &TABL ID='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE', TABLE_DATA=50.0,70.0,235.0,245.0,132.0,0.116/
    &TABL ID='Mist_Spray_6sub_SPRAY_PATTERN_TABLE', TABLE_DATA=50.0,70.0,295.0,305.0,132.0,0.116/
    &DEVC ID='NOZZLE_sub6_2', PROP_ID='Mist_Spray_6sub', XYZ=5.0,7.0,4.8, QUANTITY='TIME', SETPOINT=0.0/
    &DEVC ID='SPR_1_(nyitott)_1', PROP_ID='Water Spray', XYZ=3.5,8.5,4.8, QUANTITY='TIME', SETPOINT=0.0/

    A cseppek eloszlásához a Rosin-Raimmler eloszlást használtuk. A modellben a csepp közepes átmérője 35,53 µm, az eloszlásegyenletben szereplő együtthatók: γ=2.4, σ=0.5. A maximális átmérő 46,31mm, a minimális átmérő 22,69 mm.

    4. A szimuláció eredményei

    A programmal több, mint száz futtatást végeztünk, többféle elrendezéssel és többféle esettel, tűz nélkülés tűzzel.

    A tűz nélküli vizsgálat célja a sprinkler és vízköd cseppek eloszlásának vizsgálata volt Ezek a vizsgálatok az áramlási képek megváltozásához is szolgáltattak eredményeket.

    Az első sorozatban a helyiség közepén 1,5 m magasságban helyeztünk el egy 1mx1m alapterületű polcelemet, és vizsgáltuk külön a sprinkler-cseppek és külön a vízköd szemcsék eloszlását, áramlási képét a tálca alatti térben, tűz nélkül. Elemeztük az eredményeket.

    A második sorozatban ugyan ezen tálca alatti áramlási viszonyokat vizsgáltuk, sprinkler és vízköd együttes alkalmazásakor, tűz nélkül.Ebben a vizsgálati elrendezésben egy-egy sprinkler, illetve vízköd fejet helyeztünk el a polcelem felett, a polcelem függőleges szimmetriatengelyétől 1,5-1,5 m-re.

    A harmadik sorozatban az előző vizsgálati elrendezésben, két-két sprinkler illetve vízköd fejet helyeztünk el a polcelem felett, a polcelem függőleges szimmetriatengelyétől 1,5-1,5 m-re, és elemeztük a kétféle rendszer kölcsönhatását a polc alatti térben.

    A tűz nélküli eseteket együtt, egy az 1,4 m magasságú vízszintes síkon elhelyezett sebességmezőn vizsgáltuk.

    A negyedik sorozatban a tálcatűz melletti áramlási viselkedést vizsgáltuk, teljes víz térfogatáramok mellett. A vizsgálat célja, a teljes oltási kapacitás alkalmazása alatti viselkedés tanulmányozása volt. A vezérelt oltóberendezést 5s-al a tűzgyújtás után indítottuk. A felfutó fázisban, így ki tudott alakulni a tűz csóvája. A tálca alatti tűz jelentős hatást gyakorol az oltás nélküli tűz-csóva alakjára. Általában intenzív feláramlásra lehet számítani. Az égést az éghető anyag vezérli, a helységbe az égéshez szükséges oxigént résekkel biztosítottuk.

    Ebben a sorozatban külön futtatásokat végeztünk a következő esetekre:

    Az 1-4. szimuláció-sorozatok eredményeit elemezve arra a sommás következtetésre jutottunk, hogy a vízköd és a sprinkler rendszerek együttes alkalmazásakor, a sprinkler cseppek tömege által keltett impulzuserő a vízköd cseppeket is közelebb juttatja a tűz fészkéhez, aminek eredményeként a vízköd-oltás hatékonysága a takart terekben megnő.

    Egy ötödik szimuláció-sorozatban elemeztük a védendő területen egyszerre működtetett, nyitott szórófejes oltórendszer és nagynyomású vízköddel oltó berendezés együttes működésekor, állandósult állapotban, 100%, 75%, és 40%-os intenzitás mellett kialakuló hármas diszperz rendszer (levegő, vízpermet, vízköd) áramlási viszonyait.

    A háromfázisú diszperz rendszer jellemzéséhez a cseppeloszlást, a sebességvektorokat a vízköd és a vízgőz térfogat frakcióját használtuk. Ezekben a vizsgálatokban vizsgálati tálcát, és tüzet nem alkalmaztunk.
    A cseppek eloszlásának kvantitatív elemzése mellett a sebességvektor mező jellemzésére, a vízköd-fejek síkjában definiáltunk egy sebességteret. Az eredmények azt mutatják, hogy az intenzitás növekedésével, a sprinklerpermet leáramlásának mértéke, ezáltal a vízszintes beáramlási sebesség is növekszik. Az intenzitás növelésével a védett térben növekvő vízködcsepp-intenzitás figyelhető meg. A vízgőz hányad a 75% feletti intenzitás növekedése után, már számottevően nem emelkedett.

    A hatodik szimuláció-sorozatbana védőfelület közepén helyzetünk el egy felételezett tűzforrást (állandó oxigénfelvétel és állandó hőtermelési sebesség), mind a vízköd, mind a vízpermet esetén 75 %-os intenzitást állítottunk be. Vizsgáltuk a tűz által keltett csóva és az oltóanyag-rendszer együttes áramlástechnikai viszonyait.
    Levonható volt az a következtetés, hogy a sprinkler cseppek által keltett mező 75%-os intenzitás mellett is kedvező hatással van a vízköd szórásképre. Még ilyen intenzív feláramlás mellett is képes viszonylag a tűz közelébe jutni, a cseppek képesek elpárologni. A csóva közelében intenzívebb a párolgás. A vízgőz maximális mol aránya 0,22 mol vízgőz/mol levegő.

III. OLTÓBERENDEZÉS HATÉKONYSÁGÁNAK VIZSGÁLATA

Tűzoltási kísérelteket végeztünk a nagynyomású vízköddel oltó berendezésés nyitott szórófejes sprinkler rendszer együttes alkalmazásának elemzéséhez.
Ebben a szakaszban cél volt az alkalmazható modelltüzek tűzterhelésének meghatározása, az 1:1 méretű tűzoltó rendszer-modell működőképességének felmérése, a kialakított kísérleti elrendezés gyakorlati hiányosságainak feltárása. Emellett cél volt a különböző egységtüzek jellemzőinek vizsgálata és tűzmodellek választása, optimalizálása a számítógépes modellezéshez.

Ebben a vizsgálati szakaszban az alábbi feladatokat oldottuk meg:

  1. a. Alkalmazható tűzmodellek jellemzőinek vizsgálata
  2. b. Próbaberendezés megépítése, oltási kísérletek a működőképesség megállapítására végtelen tér alkalmazást szimuláló kísérleti csarnokban.
  3. c. Tűzoltási próbák különböző K értékű nyitott sprinkler szórófejek és vízköd szórófejek külön és együtt történő működtetésével 5A méretű modell máglya oltásával (tűzoltási képesség megállapítása, intenzitás és felhasznált oltóanyag mennyiség vizsgálata; füstgázok kimosására gyakorolt hatás megfigyelése; méréstechnikai megoldások a hatékonyság nyomonkövetésénekésmérhetőségének megállapítására (infravörös képi és több ponton történő környezeti hőmérséklet változás regisztrálásával).
  4. d. Fejlesztési javaslatok kialakítása: modelltűz-megválasztás elveinek megfogalmazása, javaslatok a szimulációnál figyelembe vehető további modelltüzekre.

Tervezett publikációk

A numerikus elemzések és a végrehajtott kísérletek eredményeinek megismertetésére 5 publikációt tervezünk, ezek:
- egy angol nyelvű tudományos konferencia előadás (2nd Fire and Evacuation Modeling Technical Conference, szeptember 8-10, 2014, Gaithersburg, MD, USA), és kettő magyar nyelvű (XVIII. Nemzetközi Építéstudományi Konferencia, Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság szervezésében, 2014. június 12--15., Csíksomlyó, és a „II. Mérnöki- és Építési Tűzvédelem” c. tudományos konferencia, SZIE Ybl Miklós Építéstudományi Kar, Bp., 2014. május-június).
- Ezen kívül publikáljuk egy angol nyelvű (Ybl Journal of Built Environment, nyomtatott és internetes kiadásában: http://www.degruyter.com/view/j/jbe, 2014. június-augusztus) és kettő magyar nyelvű szakmai folyóiratban (Katasztrófavédelmi Szemle 2014/ augusztus, és a Mérnöki- és Építési Tűzvédelem c. szakfolyóirat, SZIE Ybl Miklós Építéstudományi Kar, 2014. május-június).