مقايسه‌ي مدل احتراقي فليملت آرام و اضمحلال گردابه در شبيه‌سازي آتش در ساختمان

Comparison study of compartment fire simulation with steady laminar flamelet and eddy dissipation model

در مطالعه‌ي حاضر با استفاده از مدل‌هاي احتراقي فليملت آرام پايا و اضمحلال گردابه، جريان آتش در فضاي يك-اتاقي با استفاده از روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ مدل‌سازي شده است؛ تا مدل احتراقي سازگار با فيزيك جريان آتش در فضاي يك‌-اتاقي مورد بررسي قرار گيرد. شبيه‌سازي با استفاده از مدل زير شبكه اغتشاشي يك‌معادله‌اي انجام شد. براي استفاده از مدل فليملت آرام پايا با استفاده از كتابخانه‌هاي نرم‌افزار اپن‌فوم حلگري در آن براي شبيه‌سازي جريان‌هاي احتراقي توسعه داده شد. سينتيك مورد استفاده براي مدل اضمحلال گردابه، سينتيك يك‌مرحله‌اي بازگشت‌ناپذير است كه فقط قادر به درنظرگرفتن گونه‌هاي اصلي احتراق است. هزينه محاسباتي شبيه‌سازي با استفاده از مدل اضمحلال گردابه، 14 درصد بيشتر از مدل فليلمت بوده درحالي‌كه سينتيك مورد استفاده در مدل فليملت آرام پايا، سينتيك جي.آر.آي 3 بوده كه موجب پيش‌بيني گونه‌هاي مياني در احتراق خواهد شد. مقايسه‌ي نتايج دما و سرعت در بازشو براي دو مدل احتراقي نشان مي‌دهد كه مدل فليملت آرام پايا با خطاي نسبي 3/3 درصد براي دما و 8 درصد براي سرعت در بازشو، دقت بهتري در شبيه‌سازي جريان آتش در فضاي تك-اتاقي، نسبت به مدل اضمحلال گردابه دارد. از طرفي مقايسه‌ي تغييرات دما در اتاق نشان مي‌دهد كه هر دو مدل پيش‌بيني خوبي از دما در اتاق ارائه مي‌دهند اما مدل فليملت آرام پايا با خطاي نسبي 3/2 درصد دقت بهتري ارائه مي‌كند.

The present study is conducted to find a compatible combustion model, in case of single room compartment fire. The large eddy simulation was used with one-equation sub-grid scale turbulence model by steady laminar flamelet and eddy dissipation models were acquired as the combustion model. OpenFOAM solver based on C++ programming language was developed to use the flamelet model. The benefit of the flamelet model employment than the eddy dissipation model was regarding the lower computational cost which was about 14 percent lower in this case. Moreover, steady laminar flamelet model considered the detailed chemical kinetic of GRI 3.0, however, eddy dissipation model treated the chemical kinetics of the model with an irreversible single-step Arrhenius global reaction which is only able to estimate the main products of combustion. Deviations of velocity and temperature at the doorway showed that the steady laminar flamelet model predictions were accurate with an uncertainty error of 3.3 % for temperature and 8 % for velocity, respectively. Prediction of the temperature inside the room with a steady laminar flamelet model was estimated to have 3.2 % accuracy.