شبیه سازی دینامیکی حریق

تأمین امنیت ساختمان خصوصاً در زمان بروز حریق از مهم‌ترین اولویت‌ها به شمار می‌رود و در سال‌های گذشته قوانین و ضوابط ویژه‌ای در این زمینه وضع شده و کارفرمایان موظف به رعایت این قوانین خواهند بود. پیش‌بینی نحوه گسترش آتش و حریق از جمله مواردی است که به طراحان کمک می‌کند که با بهره بردن از تجهیزات مناسب از بروز اتفاقات خطرناک و ایجاد خسارت‌های مالی و جانی جلوگیری شود. در اصل شبیه‌سازی دینامیکی حریق می‌تواند به طراحان کمک کند که با ایجاد چیدمان مناسب و انتخاب صحیح تجهیزات تهویه، به تخلیه دود کمک کرده و از توسعه و گسترش دود و گازهای سمی جلوگیری شوند. در ادامه مطلب به بررسی کامل ابزار شبیه‌سازی دینامیکی حریق (CFD) پرداخته خواهد شد.

شبیه‌سازی و سیمولیشن مکانیکی چیست؟

برخلاف تصور بسیاری از افراد که فکر می‌کنند شبیه‌سازی یا سیمولیشن (Simulation) و تحلیل مکانیکی فقط باعث صرف هزینه‌های بیشتر می‌شود اما در حقیقت یک روش مدرن و علمی برای کاهش هزینه‌های مربوط به طراحی، اجرا و استفاده از تجهیزات مختلف است و خطاهای انسانی و سیستماتیک را به حداقل میزان ممکن کاهش می‌دهد. در بسیاری از صنایع و پروژه‌های مختلف می‌توان از ابزارهای شبیه‌سازی استفاده کرد و از افزایش هزینه‌ها و همچنین خسارت‌ها جلوگیری کرد.

شبیه‌سازی دینامیکی حریق چیست؟

هرچند که در منابع و مراجع مختلف برای طراحی و تحلیل سامانه‌های کنترل دود آتریوم‌ها از معادلات جبری استفاده می‌شود اما شبیه‌سازی دینامیکی ابزار بسیار قدرتمندتری بوده و می‌تواند مزیت‌های متعددی داشته باشد. این ابزار علاوه بر صنعت ساختمان‌سازی می‌تواند در صنایع هوانوردی، طراحی خودرو، طراحی بویلرها و تجهیزات صنعتی، پیش‌بینی آب‌وهوا و … نیز کاربردهای متعددی داشته باشد. در اصل قبل از نصب و راه‌اندازی سیستم‌های اعلام و اطفاء حریق استفاده از این شبیه‌ساز می‌تواند بهترین راهکار افزایش بهره‌وری باشد چرا که می‌تواند از چند ساعت، چند روز و یا حتی چند هفته، توان محاسباتی کامپیوترهای قدرتمند را درگیر خود کند و این در حالی است که طراحی سامانه کنترل دود نیاز به چندین شبیه‌سازی عددی مختلف دارد.

دقت نتایج در شبیه‌سازی دینامیکی حریق

استفاده از ابزارهای شبیه‌سازی دینامیکی حریق در مقایسه با روش‌های جبری می‌تواند دقت بالاتری داشته باشد. نرم‌افزار (FDS) Fire Dynamics Simulator که توسط انستیتو ملی استاندارد و تکنولوژی ایالت متحده توسعه‌یافته است، در کنار تمام محدودیت‌هایی که دارد به عنوان دقیق‌ترین و بهترین نرم‌افزار مدل‌سازی حریق و دود شناخته می‌شود هرچند که نرم‌افزارهای دیگری همچون انسیس فلوئنت Ansys Fluent، انسیس سی‌اف‌ایکس Ansys CFX و سیمولیشن سی‌اف‌دی Simulation CFD نیز می‌توانند کاربردی باشند.

در حقیقت ایده اصلی شبیه‌سازی عددی یا دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تقسیم کردن فضا به تعداد زیادی سلول (حجم‌های کوچک) و حل کردن معادلات حاکم بر جریان، فشار و دما در کل فضا است. معادلاتی همچون معادله بقای جرم، معادله بقای انرژی، معادله بقای مومنتوم، معادلات تحلیل توربولانس، معادلات بقای انتقال آلاینده‌ها، معادلات تشعشع و … در این ابزار حل می شوند. برای حل چنین معادلاتی نمی‌توان از راهکارهای تحلیلی بهره برد و باید از حلگرهای عددی استفاده شود. در مقاله دیگری از سایت ماد ایمن پاسارگاد به بررسی دقیق و کامل اگزاست فن مقاوم در برابر حریق اف ۳۰۰ پرداخته که می‌تواند اطلاعات مفیدی در اختیار خوانندگان قرار بدهد.

کاربرد شبیه‌سازی دینامیکی حریق

شبیه‌سازی دینامیکی آتش همانند سامانه تهویه پارکینگ و سایر تجهیزات مورد استفاده در صنعت ساختمان می‌تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد در حقیقت استفاده از ابزارهای شبیه‌سازی به این دلیل است که مهندسین و معماران 3 عامل اصلی و مهم را در نظر داشته باشند که شامل موارد زیر هستند:

1. امنیت ساکنان ساختمان‌ها
2. جانمایی مناسب تجهیزات در فضا
3. تبعیت از قوانین وضع شده توسط نهادهای ذی‌ربط و اخذ راحت تأییدیه سازمان آتش‌نشانی

در حقیقت برای مدیریت کردن حریق و دود ناشی از آن نحوه شروع آتش، گسترش و تأثیر آن بر روی سازه مدنظر قرار بگیرد و این در درک صحیح از فیزیک این پدیده‌ها مؤثر خواهد بود. از جمله مهم‌ترین مزایا و فواید استفاده از ابزارهای شبیه‌سازی دینامیکی حریق می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

• با استفاده از نتایج شبیه‌سازی دینامیکی می‌توان مکان‌هایی که کمترین میزان دود را دارند برای تخلیه افراد و ساکنان ساختمان در زمان بروز آتشسوزی مشخص کرد.
• به کمک نتایج تحلیل عددی می‌توان خروجی‌های بهینه‌ای در ساختمان برای تخلیه سریع‌تر دود مشخص نمود.
• امکان استفاده از تجهیزات تهویه صنعتی و مناسب در مکان‌هایی که امکان تجمع دود وجود دارد میسر می‌شود.

بهترین ابزارهای شبیه‌سازی دینامیکی حریق

همانطور که گفته شد استفاده از ابزارهای شبیه‌سازی دینامیکی حریق می‌تواند مزیت‌های متعددی داشته باشد به همین دلیل امروزه در حوزه‌های مختلفی همچون بیوتکنولوژی، مکانیک، هوافضا، شیمی، برنامه‌ریزی شهری، عمران، مدیریت آب، ساختمان‌سازی و … از این ابزارهای استفاده می‌شود. ازجمله رایج‌ترین نرم‌افزارهایی که برای شبیه‌سازی دینامیکی می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند می‌توان به مواردی همچون PyroSim، ANSYS، COMSOL Multiphysics، STAR CCM، Abaqus، OpenFOAM، PowerFLOW، SimScale، Autodesk، SimulationX و … اشاره کرد که هر کدام می‌توانند قابلیت‌ها و ویژگی‌های منحصربه‌فردی داشته باشند. در مقاله دیگری از سایت ماد ایمن پاسارگاد به بررسی کامل و دقیق سیستم اطفاء حریق گازی FM200، ویژگی‌ها و قابلیت‌ها، مزایا و معایب آن پرداخته شده و مطالعه آن خالی از لطف نیست.

در اصل با انجام محاسبات شبیه‌سازی حریق به کمک نرم‌افزارهای مطمئن می‌توان به سؤالات مختلفی پاسخ داد که مهم‌ترین و رایج‌ترین آنها به شرح زیر هستند:

• سوختن مواد و وسایل داخل اتاق با چه سرعتی انجام خواهد شد؟
• دمای نقاط مختلف ساختمان چقدر خواهد بود؟
• چه میزان دود در محل حریق تولید خواهد شد؟
• میزان گرمای آزاد شده ناشی از آتش چقدر خواهد بود؟
• دمای دیوارهای اطراف چقدر خواهد بود؟
• روش‌های جلوگیری از وقوع حریق کدامند؟
• بهترین مکان برای نصب آب پاش کجاست؟
• ردیاب‌های دود و آتش چه زمانی فعال خواهند شد
• بهترین مکان برای نصب درب فرار و سیستم‌های تهویه کجاست؟ و …

جمع‌بندی نهایی

تأمین امنیت ساختمان‌ها از مهم‌ترین فاکتورهای ساخت‌وساز در پروژه‌های مختلف به شمار می‌روند به همین دلیل استفاده از ابزارهای مختلفی همچون ابزارهای شبیه‌سازی دینامیکی حریق می‌تواند به مدیریت هزینه‌ها، طراحی و اجرای بهتر سیستم‌های اعلام و اطفاء حریق، تعبیه مناسب سیستم‌های تهویه و در نهایت صرفه‌جویی در هزینه‌ها کمک ویژه‌ای بکند. نرم‌افزارهای مختلفی برای شبیه‌سازی دینامیکی حریق در دسترس هستند که می‌توان گفت بهترین آنها نرم‌افزار ANSYS است که قابلیت‌های متعددی دارد و می‌تواند به بهترین شکل ممکن عملیات شبیه‌سازی مکانیکی را انجام بدهد.