توسعه يك مدل آتشكافت جهت شبيه‌سازي عددي تجزيه‌ي حرارتي ماده‌ي جامد قابل اشتعال

Developing a pyrolysis model for numerical simulation of thermal decomposition in combustible solid

يكي از اهداف مطالعه‌ي پديده‌ي آتش، شبيه‌سازي آن در مقياس‌هاي بزرگ مي‌باشد. از مهمترين رفتارهاي آتش گسترش شعله از يك نقطه به يك نقطه‌ي ديگر است كه باعث تخريب ساختمان‌ها، جنگل‌ها و ... مي‌شود. به همين دليل گسترش آتش روي مواد جامد از اهميت زيادي برخوردار است. در شبيه‌سازي گسترش شعله به روش ديناميك سيالات محاسباتي روي جسم جامد، پيش‌بيني دقيق رفتار آتشكافت جامد نقش مهمي را ايفا مي‌كند. در اين مطالعه يك مدل يك‌بعدي آتشكافت بر پايه‌ي كد متن‌باز اپن‌فوم توسعه داده شده‌ است تا با بالا بردن دقت و كارايي مدل موجود، شبيه‌سازي گسترش شعله در دسترس قرار گيرد. نتايج اين مدل با نتايج تجربي براي دماي سطح جامد و نرخ جرم از دست رفته ماده‌ي پي‌ام‌ام‌اي مقايسه شده است. به دليل عدم وجود مقادير مشخص و يكتا اين پارامترها در اندازه‌گيري‌هاي آزمايشگاهي، نياز به مشخص كردن مقاديري به عنوان ورودي براي مدل مي‌باشد تا نتايج مدل‌سازي با نتايج تجربي همخواني مطلوبي داشته باشند. به همين منظور، استفاده از روش‌هاي بهينه‌سازي بسيار مرسوم مي‌باشد. به علت تعدد پارامترهاي ورودي و ماهيت غيرخطي مساله، فرآيند بهينه‌سازي بسيار پرهزينه مي‌باشد كه در اين مقاله به بررسي تأثير پارامترهاي ورودي بر نتايج مدل آتشكافت توسعه داده شده پرداخته شده است تا بتوان اثرات پارامترهاي ورودي را بر آتشكافت مشاهده كرد. از طرفي، پارامترهاي مهم بر دماي سطح و نرخ جرم از دست‌رفته معرفي شده‌اند تا با بهينه‌سازي اين پارامترها از هزينه‌ي محاسبات فرآيند بهينه‌سازي در مشخص كردن پارامترهاي ورودي كاسته شود.

In fire community, predicting large scale fire behavior is the main target of researches. Flame spread from one area to another is one of the most important fire behaviors which may lead to destruction of buildings, jungles and etc. Therefore, in recent years, flame spread of solid is attracting many attentions and many studies focused on these phenomena. Pyrolysis modeling is one of main aspects in flame spread simulations via computational fluid dynamics (CFD) method. A 1D pyrolysis model has been developed based on OpenFOAM, an open source toolbox in order to enhance FireFOAM solver potential to simulate flame spread on solid materials. The prediction of developed pyrolysis model has been compared with empirical data for surface temperature and mass loss rate of PMMA. Uncertainties in experimental measurements caused for input parameters not to be unique, thus, a particular set of model input parameters have to be determined to reach an acceptable agreement between pyrolysis model and experimental results. Using optimization method is very common in that matter. The non-linear nature of problem and input parameters being numerous would make optimization calculation expensive. In this article, the effects of input parameters (as PMMA properties) have been investigated to firstly, to observe the effects of material properties on pyrolysis process. In the other hand, the most influential properties are introduced in order to reduce computational costs in optimization process by optimizing only these properties.