Analisi quantitativa – Come la facciamo noi in FSE Italia (parte 2 di 4)
Il file FDS
PREMESSA: Questo articolo non ha lo scopo di approfondire come deve essere usato FDS, ma vuole rendere l’idea di come usarlo attraverso uno schema generale. Per chi volesse approfondire, suggeriamo di andare al seguente URL: https://pages.nist.gov/fds-smv/
L’analisi quantitativa è un processo critico nella progettazione di Fire Safety Engineering. Il file di input da noi utilizzato per l’analisi quantitativa è un file FDS (.fds), che viene immesso come input per il software di simulazione di incendi FDS. Esso è il cuore del processo di analisi quantitativa ed è composto da diverse istruzioni, ognuna delle quali specifica i parametri di un controllo, un dispositivo, un output dati, un’indicazione temporale o un’azione reattiva.
Il file FDS è un documento estremamente articolato e complesso. Ad esempio, deve essere scritto in un linguaggio di programmazione specifico e seguire determinati protocolli per garantire che l’analisi quantitativa sia accurata e affidabile. Scrivere questo procedimento a mano risulterebbe dispendioso in termini di tempo. Ecco perché viene utilizzato uno specifico software. Come funziona? Quali sono i comandi disponibili per la progettazione Fire Safety Engineering?
Ecco un elenco di alcuni comandi disponibili nel software di simulazione di incendi FSE:
&CTRL: definisce i parametri per il controllo della simulazione;
&DEVC: definisce i parametri per i dispositivi coinvolti nella simulazione;
&DUMP: specifica la formattazione e l’output dei dati della simulazione;
&HEAD: definisce le intestazioni e i metadati della simulazione;
&HOLE: specifica le dimensioni e le coordinate di un buco in un ostruzione (&OBST);
&HVAC: definisce i parametri di una ventilazione forzata all’interno della simulazione;
&INIT: specifica i parametri iniziali per la simulazione;
&MATL: definisce le proprietà dei materiali coinvolti nella simulazione;
&MESH: definisce le dimensioni e il numero di celle della griglia di calcolo utilizzata nella simulazione;
&MISC: specifica diversi parametri, come la temperatura media delle superfici, all’interno della simulazione;
&OBST: definisce le parti solide coinvolte nella simulazione, specificando dimensioni e tipologie di superficie;
&PROP: definisce le proprietà dei dispositivi coinvolti nella simulazione;
&RADF: specifica l’output di radiazione termica (irraggiamento) durante la simulazione;
&RADI: definisce l’input di radiazione termica su una superficie durante la simulazione;
&RAMP: specifica una griglia di dati o tabella di valori;
&REAC: definisce la reazione chimica che dà origine all’incendio simulato;
&SLCF: specifica le sezioni orizzontali (slice) in cui raccogliere i dati della simulazione;
&SPEC: definisce le caratteristiche di una superficie in termini di forma e dimensioni;
&SURF: definisce i parametri di una superficie coinvolta nella simulazione, tra cui la superficie di origine dell’incendio (BURN);
&TABL: definisce la tabulazione delle proprietà di particolato coinvolto nella simulazione;
&TIME: definisce la durata temporale della simulazione;
&VENT: definisce le caratteristiche di una superficie di ventilazione coinvolta nella simulazione.
Un esempio di un file FDS potrebbe essere simile a questo:
&HEAD CHID=’WTC_05′, TITLE=’WTC Phase 1, Test 5′ /
&MESH IJK=90,36,38, XB=-1.0,8.0,-1.8,1.8,0.0,3.82 /
&TIME T_END=5400. /
&MISC TMPA=20. /
&DUMP NFRAMES=1800, DT_HRR=10., DT_DEVC=10., DT_PROF=30. /
&REAC FUEL = ‘N-HEPTANE’
FYI = ‘Heptane, C_7 H_16’
C = 7.
H = 16.
CO_YIELD = 0.008
SOOT_YIELD = 0.015 /
&OBST XB= 3.5, 4.5,-1.0, 1.0, 0.0, 0.0, SURF_ID=’STEEL FLANGE’ / Fire Pan
…
&SURF ID = ‘STEEL FLANGE’
COLOR = ‘BLACK’
MATL_ID = ‘STEEL’
BACKING = ‘EXPOSED’
THICKNESS = 0.0063 /
…
&VENT MB=’XMIN’, SURF_ID=’OPEN’ /
…
&SLCF PBY=0.0, QUANTITY=’TEMPERATURE’, VECTOR=T /
…
&BNDF QUANTITY=’GAUGE HEAT FLUX’ /
…
&DEVC XYZ=6.04,0.28,3.65, QUANTITY=’VOLUME FRACTION’, SPEC_ID=’OXYGEN’, ID=’EO2_FDS’ /
…
&TAIL / End of file.
PyroSim, software già considerato nel precedente articolo, è l’interfaccia SW sviluppata da Thunderhead Engineering per gestire le simulazioni CFD con FDS, il codice del NIST Americano. Permette di predire l’andamento dei fumi, della temperatura e i movimenti di trasporto di inquinanti durante l’incendio ed è uno strumento essenziale per la creazione di modelli geometrici avanzati e la generazione di file di input FDS, con una vasta gamma di funzionalità: importare modelli da altre applicazioni CAD, organizzare e strutturare il file di input in modo efficiente e di eseguire analisi avanzate sui dati di output.
Nella prossima parte del nostro percorso, vedremo passo passo cosa è necessario fare in pratica per “lanciare” una simulazione in FDS, partendo dalla definizione dei file di input fino alla visualizzazione dei risultati.