PSA - 151028 Modellazione con FDS - Ing. Marcello Mangione

Università “La Sapienza” – Roma
CORSO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE ANTINCENDIO
Anno Accademico 2015‐2016
28 ottobre 2015
Modellazione degli incendi
con Fire Dynamics Simulator (FDS)
(esercitazione )
Ing. Marcello Mangione
Ing.mangione@libero.it
“Sapienza” University of Rome
School of civil and Industrial Engineering
Ph.D. – XXIX ciclo
Structural
Fire
Investigation
Docente: Prof. Ing. Franco Bontempi

Prof. Ing. Franco  Bontempi
)
School of Civil and Industrial Engineering
Sapienza University of Rome
Progettazione Strutturale Antincendio ‐ Esercitazione

)
Scopo dell’esercitazione
Curva nominale d’incendio ISO834
(dati di calcolo e metodo di costruzione della curva)
Curva parametrica d’incendio
(dati di calcolo, metodo di costruzione della curva e confronti)
Curva RHR‐t e curva naturale dell’incendio
(dati di calcolo, metodo di costruzione della curva e confronti)
Modellazione dell’incendio confinato mediante l’ausilio del
software Fire Dynamics Simulator (FDS)
(primi approcci e costruzione del listato in fortran e confronti)
Presentazione di altre procedure per la creazione del listato
FDS
(Pyrosim, structural fire investigation software)
PUNTI TRATTATI IN TALE ESERCITAZIONE

)
SCOPO DELL’ESERCITAZIONE
L’obiettivo di tale esercitazione è quello di acquisire i primi elementi necessari a
condurre un’analisi della dinamica di un incendio in un compartimento.
In particolare, si intende calcolare, analizzare e confrontare gli andamenti della
temperatura (curve parametriche) e della potenza termica rilasciata (curve RHR‐t) in un
compartimento nelle seguenti condizioni:
• analisi delle grandezze d’interesse in funzione delle aperture di ventilazione note
l’inerzia termica delle pareti del compartimento ed il carico d’incendio;
• analisi delle grandezze d’interesse in funzione del valore assunto dal carico
d’incendio note l’inerzia termica delle pareti del compartimento e le aperture di
ventilazione.
In ciascuna delle precedenti condizioni, si dovranno calcolate le curve parametriche e la
probabile curva di variazione della potenza termica dell’incendio (RHR).
I risultati ottenuti saranno confrontati evidenziando l’effetto di alcuni parametri sulla
dinamica di un incendio in un compartimento e le grandezze calcolate attraverso i
modelli numerici semplificati previsti dall’Eurocodice, saranno confrontate con i risultati
ottenuti mediante l’utilizzo del codice di calcolo FDS con l’obiettivo di confrontare i dati
relativi alla curva naturale d’incendio e dalla curva HRR calcolata dal modello, con i
risultati forniti mediante i calcoli svolti con i modelli numerici semplificati.

0
200
400
600
800
1000
1200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
TEMPERATURA [°C]
TEMPO [MIN]
curva nominale standard
COSTRUZIONE DELLA CURVA NOMINALE ISO 834
Le curve nominali temperatura‐tempo, che il professionista deve utilizzare per la
trattazione delle problematiche riguardanti la resistenza al fuoco degli elementi
costruttivi di un edificio, sono state stabilite dal D.M. 09/03/2007.
La curva nominale standard (curva temperatura‐tempo d'incendio standard) è
rappresentata dall'equazione:
∙

)
I PRIMI PASSI: VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEL COMPARTIMENTO
Le analisi da svolgere fanno riferimento ad un compartimento di dimensioni pari a 4
x 4 x 3 m. Il compartimento è delimitato da pareti in calcestruzzo per il quale si
assumono i seguenti valori di densità, calore specifico e conduttività termica:
2400 / ;
913 / ° ;
1,45 / ° ;
Dai dati si ricava che il compartimento è caratterizzato da un’inerzia termica delle
pareti pari a:
1782,48 / .
°
Nel compartimento si dovrà suppone la presenza di legna come materiale
combustibile per il quale si assumono i seguenti valori di densità e potere calorifero:
750 /
17000 /
con limiti 100 b 2200 [J/m2s1/2 K]
massa volumica della superficie esterna del compartiment

à

COSTRUZIONE DELLA CURVA PARAMETRICA DELL’INCENDIO
Per la schematizzazione di un incendio nella fase di post‐flashover quando è
pienamente sviluppato, così come stabilito dal D.M. 09/03/2007, possono impiegarsi,
le curve parametriche che consentono di valutare, la variazione nel tempo dei gas
caldi in un locale in funzione dei seguenti parametri:
• valore nominale del carico d'incendio specifico;
• geometria dell'ambiente e delle aperture di ventilazione presenti;
• caratteristiche delle pareti di delimitazione.
Occorre però osservare che le curve temperatura‐tempo parametriche, rispetto a
quelle nominali, costituiscono una evoluzione nella caratterizzazione degli incendi
naturali e, contestualmente, richiedono l'applicazione di semplici espressioni
matematiche senza far ricorso a sofisticati calcoli numerici che necessitano l'impiego
di computer.
In letteratura sono disponibili varie espressioni analitiche che consentono di
determinare la variazione della temperatura nel tempo, sia nella fase di incendio
pienamente sviluppato, sia in quella di decadimento e, quindi, esse possono essere
impiegate per la valutazione di resistenza al fuoco di elementi costruttivi.

)
CONCETTI GENERALI UTILI PER LA COSTRUZIONE DELLA CURVA
Il volume di combustibile è ipotizzato al centro del locale. In particolare, nota la
densità e il potere calorifero del combustibile, nelle analisi svolte il carico d’incendio
sarà calcolato in funzione del volume di combustibile considerato.
In particolare il valore del carico d’incendio riferito alla superficie del compartimento
può essere calcolato come segue:
∑ ∑

Dove:
• è il volume di combustibile;
• è la densità del combustibile considerato;
• è il potere calorifero del combustibile;
• è il fattore di partecipazione del materiale combustibile (che è pari a 0,8 per il
legno e 1,00 per tutti gli altri materiali);
• è il fattore di limitazione alla combustione  che è pari a 0 per i materiali
contenuti in appositi contenitori resistenti al fuoco e 1 in tutti gli altri casi;
• A è la superficie in pianta del compartimento espressa in m2.

)
Per quanto riguarda le aperture di ventilazione, il valore del fattore di ventilazione,
necessario per la costruzione delle curve parametriche e per le curve di rilascio della
potenza termica, è influenzato dal numero e dalla forma delle aperture previste nel
compartimento nei diversi casi analizzati.
In ogni caso le successive formulazioni ci consentono di ricavare i valori dell’opening
factor O per qualsiasi valore delle superfici di ventilazione:
.
Dove:
, espressa in m2, è l’area delle superfici di ventilazione previste nel compartimento
di dimensioni bi e hi calcolabile come:

)
• espressa in m2 è la superficie totale del compartimento calcolabile come:
2
1 0 0
0 2 0
0 0 3

2
3
1
Dove
• L1 L2 L3 sono le dimensioni del compartimento espresse in m;
• è la media ponderata delle altezze delle superfici di ventilazione, calcolabile
come:
∑
∑
Con Avi  e  hi , rispettivamente  l’area e  l’altezza delle singole superfici di ventilazione.

)
L1 (h) L2 (largh) L3(prof.)
3 4 4
tipologia n° b h n°bh n°bh
2
1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 1
3 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0
5 0 0 0 0 0
6 0 0 0 0 0
3.0 At= 80 m
2
5.0 heq= 1,00 m
4.0 Av= 2 m
2
6.0 Ο= 0,025 m
0.5
1.0 dimensioni del compartimento (m)
2.0 dimensione aperture di  ventilazione
∑
∑
2
1 0 0
0 2 0
0 0 3
2
3
1
CONSIGLIO PER L’ESERCITAZIONE:
COSTRUIRSI UNA TABELLA IN EXCEL DEL TIPO:

L’equazione della curva parametrica, che descrive la variazione della temperatura Tg
dei gas caldi nel tempo, fornita nell’allegato A all’Eurocodice 1 è valida per ambienti
con superficie A del pavimento inferiori a 500 m2, senza aperture nel soffitto ed
aventi altezza massima di 4 m e nei quali il materiale combustibile possa assimilarsi
alla carta o al legno.
Essa rappresenta una buona approssimazione della curva nominale d’incendio
standard per temperature inferiori a 1000 °C ed è descritta dall’equazione:
. . ∗
. . ∗
.
∗

La formula, che per un determinato compartimento antincendio conduce a valori di
temperatura crescenti con l’aumentare della superficie di ventilazione, contiene i
seguenti termini:

. . ∗
. . ∗
.
∗

20 1325 1 0.324 . ∗
0.204 . ∗
0.472
∗
∗
∙ Γ
Γ Ο/ / [0.04/1160]2 [‐]
con limiti 100 b 2200 [J/m2s1/2 K]
massa volumica della superficie esterna del compartiment

à
Ο con limiti 0.02 Ο 0.2 [m1/2 ]

,
media pesata delle altezze delle finestre sulle pareti

FASE DI RISCALDAMENTO
è il fattore di ventilazione espresso in m0.5, AV è la superficie espressa in
m2, delle aperture verticali,
∑
∑
è l’altezza equivalente che è la media
ponderata, espressa in m, delle aperture verticali e At la superficie totale del
compartimento (pareti, pavimento, soffitto),comprese le aperture, espressa in m2;
• è l’inerzia termica, espressa in J/m2 s0.5 °C, delle pareti che delimitano
il locale;
∗
∙ Γ, dove t ed il tempo fittizio t* sono espressi in h e Γ vale Γ ⁄ ∙
⁄
Ο con limiti 0.02 Ο 0.2 [m1/2 ]

,
media pesata delle altezze delle finestre sulle pareti

Nell’Eurocodice 1 sono indicati i valori di riferimento del fattore di ventilazione e
dell’inerzia termica , che sono rispettivamente pari a 0.04 m0.5 e 1160 J/m2
s0.5 °C
• 0.0002 ∙ , ⁄ espresso in h, rappresenta la durata della fase di
riscaldamento dell’incendio dopo il quale viene raggiunta nel locale la
temperatura massima che si calcola sostituendo, nell’espressione 2, ∗
al
posto di t* dove :
∗
∙ Γ
Il modello è valido per le seguenti condizioni:
• il valore del fattore O di ventilazione deve essere compreso tra 0.02 e 0.2 m0.5;
• l’inerzia termica delle pareti b che delimitano il locale deve essere compreso tra i
valori 100 e 2200 J/m2 s0.5 °C;
• il valore del carico d’incendio specifico di progetto , , riferito alla superficie
totale del compartimento , , ∙ ( , è riferito alla superficie del
pavimento) deve essere compreso fra 50 e 1000 MJ/m2

FASE DI RAFFREDDAMENTO
Durante la fase di decadimento dell’incendio nella quale, secondo le indicazioni
fornite dall’Eurocodice 1, viene consumata il 30% dell’energia termica inizialmente
presente, la diminuzione della temperatura nel tempo all’interno del locale è
influenzata sensibilmente dalla tipologia, forma ed orientamento spaziale del
combustibile, durata della fase di crescita e di pieno sviluppo dell’incendio, nonché
dalla superficie delle aperture di ventilazione presenti e dalle caratteristiche delle
pareti di delimitazione del locale.
Nell’Eurocodice 1, per incendi per i quali risulta un valore di ∗
inferiore a 0,5 h,
viene assunta una velocità di diminuzione della temperatura nel tempo di 10,4
°C/min mentre se il predetto valore è superiore a 2 h essa è di 4,2 °C/min;
per tempi ∗
compresi fra 0,5 h e 2h la suddetta velocità assume valori variabili fra
i suddetti estremi in relazione al preciso valore di ∗
.

Per valutare in un incendio naturale la diminuzione della temperatura nel tempo
durante la fase di decadimento, quindi per tempi t > tmax, occorre impiegare, per
incendi aventi sviluppo controllato dalla ventilazione, delle espressioni che si
differenziano fra loro in funzione del tempo ∗
.
Nel caso che sia ∗
< 0,5 h si ha:
∗ ∗
Qualora sia 0.5 < ∗
< 2 h, si ottiene:
∗ ∗ ∗
Quando risulta ∗
> 2h si ottiene:
∗ ∗

)
Attraverso un file excel, è
possibile implementare il
modello citato
nell’eurocodice attraverso il
quale si costruisce la curva
parametrica sia nella fase
di riscaldamento sia nella
fase di raffreddamento.
v.bassa 0,416666667
O 0,025 qt,d 65,63 v.media 0,333333333
b 1782,481416 tmax 0,525 31,5 v.alta 0,25
 0,165 t
*
max 0,0869
x 1
t[min] t[h] t
*
g t[min] t[h] t
*
g
0 0 0 20 31,5 0,525 0,086853 569,8132
1 0,016666667 0,002757241 53,42047927 32 0,533333 0,088232 568,8092
2 0,033333333 0,005514482 85,20576269 33 0,55 0,090989 566,8011
3 0,05 0,008271723 115,4390284 34 0,566667 0,093746 564,793
4 0,066666667 0,011028964 144,1992105 35 0,583333 0,096503 562,785
5 0,083333333 0,013786205 171,5612156 36 0,6 0,099261 560,7769
6 0,1 0,016543447 197,5961284 37 0,616667 0,102018 558,7689
7 0,116666667 0,019300688 222,371407 38 0,633333 0,104775 556,7608
8 0,133333333 0,022057929 245,9510675 39 0,65 0,107532 554,7527
9 0,15 0,02481517 268,3958601 40 0,666667 0,11029 552,7447
10 0,166666667 0,027572411 289,7634355 41 0,683333 0,113047 550,7366
11 0,183333333 0,030329652 310,1085033 42 0,7 0,115804 548,7285
12 0,2 0,033086893 329,482982 43 0,716667 0,118561 546,7205
13 0,216666667 0,035844134 347,9361414 44 0,733333 0,121319 544,7124
14 0,233333333 0,038601375 365,5147379 45 0,75 0,124076 542,7044
15 0,25 0,041358616 382,2631428 46 0,766667 0,126833 540,6963
16 0,266666667 0,044115857 398,2234638 47 0,783333 0,12959 538,6882
17 0,283333333 0,046873098 413,4356608 48 0,8 0,132348 536,6802
18 0,3 0,04963034 427,9376552 49 0,816667 0,135105 534,6721
19 0,316666667 0,052387581 441,7654344 50 0,833333 0,137862 532,6641
20 0,333333333 0,055144822 454,95315 51 0,85 0,140619 530,656
21 0,35 0,057902063 467,5332118 52 0,866667 0,143377 528,6479
22 0,366666667 0,060659304 479,5363766 53 0,883333 0,146134 526,6399
23 0,383333333 0,063416545 490,9918328 305 5,083333 0,840959 20,60822
24 0,4 0,066173786 501,9272798
25 0,416666667 0,068931027 512,3690048
26 0,433333333 0,071688268 522,3419543
27 0,45 0,074445509 531,8698027
28 0,466666667 0,07720275 540,9750173
29 0,483333333 0,079959991 549,6789198
30 0,5 0,082717233 558,0017448
31 0,516666667 0,085474474 565,9626953
31,5 0,525 0,086853094 569,8131995
COSTRUZIONE DELLA CURVA PARAMETRICA
caso 1
tlim
riscaldamento raffreddamento
E’ opportuno crearsi
una tabella in excel

)
0
100
200
300
400
500
600
0 50 100 150 200 250 300 350
TEMPERATURA [°C]
TEMPO [MIN]
curva parametrica caso 0.1
O=0.025; Qfd=325.15 KJ/m^2
I RISULTATI DA OTTENERE DOVRANNO PORTARE ALLA COSTRUZIONE DELLA
CURVA PARAMETRICA PER OGNI SINGOLO  CASO.
LA CURVA CHE CI SI ASPETTA SARA’ DEL TIPO SEGUENTE:
Dall’analisi della curva si dovrà evincere:
• Il valore massimo della temperatura Tmax
• Tempo di raggiungimento.

)
COSTRUZIONE DELLA CURVA RHR‐T
Per la valutazione della probabile curva di rilascio della potenza è stato utilizzato il
modello αt2 discusso nei paragrafi iniziali.
La formulazione del modello può essere implementata in un foglio di calcolo che
fornisce i risultati adottando come parametri di input:
• le caratteristiche geometriche del compartimento (aperture di ventilazione);
• le caratteristiche del combustibile (carico d’incendio).
Premesso che la maggior parte degli incendi che si velificano all'interno di un
edificio hanno lo sviluppo controllato dalla superficie di ventilazione, un
procedimento approssimato che può essere adottato è il seguente:
1). valutare il minimo valore di RHR di flashover, espresso in kW, in grado di
provocare il flashover
mediante l'impiego dell'espressione:
. ∙ ∙ ∙ .

)
Dove:
∙ ; in cui è espressa in m2 e ed
sono le dimensioni, entrambe misurate in m,di una apertura di ventilazione ricavata
nella parete e che è equivalente ai fini del calcolo della potenza termica necessaria per
produrre il flashover;
rappresenta la differenza in m fra l’altezza del punto più alto e quella del
punto più basso fra tutte le aperture di ventilazione presenti nelle pareti;
è la larghezza, espressa in m, della predetta apertura equivalente che viene
calcolata imponendo che il fattore di ventilazione del locale nel quale sia presente
solamente tale apertura virtuale sia pari alla somma dei fattori di ventilazione delle
singole aperture presenti aventi dimensioni generiche ed ; si ottiene
quindi la seguente espressione:
∑ ∙ .
.
è espressa in m2 e rappresenta la differenza fra la superficie totale del locale e
l’area

)
Successivamente, supponendo che la potenza termica totale rilasciata aumenti nella
fase di crescita con il quadrato del tempo con uno sviluppo dell'incendio caratterizzato
da un preciso valore della costante α, si deduce:
⁄ .
Occorre dopo verificare se l'energia termica ET che può essere complessivamente
liberata nell'ambiente in relazione alla massa totale QT di combustibile presente è
maggiore di quella necessaria a provocare il flashover, cioè se si ha:
∙ ∙ ∙ ∙ 0.333 ∙ ∙
se tale condizione è verificata allora l'incendio potrebbe pienamente svilupparsi;

)
Per calcolare il valore massimo della potenza termica totale che può essere rilasciata
dall’incendio nel locale, in relazione alla superficie di ventilazione presente, si può usare
la seguente espressione:
0.10 ∙ ∙ ∙ ∙ .
Dove:
• m è un fattore che descrive la partecipazione alla combustione dei vari materiali
presenti nel locale che viene assunto pari a 0,8
• heq rappresenta l’altezza equivalente, che è la media ponderata delle altezze hi delle
aperture di ventilazione presenti nelle pareti; essa è espressa in m e viene così
calcolata:
∑
∑
• AV è la superficie complessiva, espressa in m2, delle singole aperture di ventilazione
che sono ricavate nelle pareti.
Il valore di RHR inizialmente cresce con il quadrato del tempo certamente fino al
flashover e successivamente subisce un innalzamento al valore massimo RHRMAX e,
pertanto, noto α, si può scrivere che:
⁄ .
Il tempo tA corrisponde all’instante in cui l’incendio raggiunge la potenza massima.

)
L’intervallo di tempo (tB ‐ tA), espresso in s, esprime la durata della fase di pieno sviluppo
dell’incendio.
In ottemperanza al DM 09/03/2007 per il calcolo della variazione nel tempo della
potenza termica rilasciata nel compartimento antincendio verrà utilizzato il carico
d’incendio specifico qf,d di progetto, che sarà determinato seguendo le indicazioni fornite
al punto 2 dell’allegato al D.M. 09/03/2007.
Considerato che, conformemente alle precisazioni contenute nell’allegato E
dell’Eurocodice1, fino al tempo tB è stato consumato il 70% dell’energia termica
inizialmente disponibile si ottiene:
0.7 ∙ , ∙
1 3 ∙ ∙ ∙ 0.7 ∙ , ∙⁄
0.7 ∙ , ∙ 0.333 ∙ ∙

)
Il tempo tc, espresso in s, necessario per consumare tutto il combustibile presente ed in
corrispondenza del quale la potenza termica si annulla, si calcola ipotizzando che fino
alla naturale estinzione dell’incendio il valore della potenza termica decresca
linearmente nel tempo dal valore massimo che aveva al tempo tB fino ad annullarsi al
tempo tC.
Rilevando che nell’intervallo tC – tB, di durata della fase di decadimento, viene bruciato
il combustibile rimasto, che rappresenta il 30% dell’energia termica inizialmente
presente, si ha:
0.5 ∙ ∙ 0.7 ∙ , ∙
0.6 ∙ , ∙

)
In base a quanto detto, l’adozione di un modello αt2 per lo studio della variazione della
potenza termica rilasciata in un compartimento, porta alla costruzione di una curva
RHR-tempo rappresentata dal seguente andamento nel tempo:
RHR [KW]
tempo [s]
CURVA RHR‐TEMPO
RHRMAX
RHRF
tF tA
tB tC

)
APERTURE QUANTITA'
LARGHEZZA
(m)
ALTEZZA
(m)
ALTEZZA
DAVANZALE
SUPERFICIE (mq)
FINESTRE TIPOLOGIA 1 1 1,00 1,00 1,00 1,00
FINESTRE TIPOLOGIA 2 1 1,00 1,00 1,00 1,00
FINESTRE TIPOLOGIA 3 0,00
PORTE TIPOLOGIA 1 0,00
AREA TOTALE APERTURE DI VENTILAZIONE "Av" 2,00
CALCOLO DELL'ALTEZZA EQUIVALENTE "heq" 1,00
COMPARTIMENTO
LUNGHEZZA
(m)
LARGHEZZA
(m)
ALTEZZA
(m)
AREA TOTALE DEL
COMPARTIMENTO
(mq)
COMPARTIMENTO "At" 4,00 4,00 3,00 80,00
CALCOLO HV equivalente 2,00
CALCOLO DI W V equivalente 0,71
CALCOLO DI AV equivalente 1,41
CALCOLO DI AT 78,59
CALCOLO DI RHR SECONDO THOMAS (Kw) 1.368,97
CALCOLO DI RHR MAX SECONDO EUROCODICE
(Kw)
2.800,00
calcolo del tempo ta [s] 502,00
calcolo del tempo tb [s] 1.975,46
calclolo del tempo tc [s] 2.406,12
COSTRUZIONE CURVA RHR‐TEMPO
CONSIGLIO PER L’ESERCITAZIONE:
COSTRUITEVI UNA TABELLA IN EXCEL DEL TIPO:

)
I RISULTATI DA OTTENERE DOVRANNO PORTARE ALLA COSTRUZIONE DELLA CURVA
PARAMETRICA PER OGNI SINGOLO  CASO.
LA CURVA CHE CI SI ASPETTA SARA’ DEL TIPO SEGUENTE:
I risultati ottenuti dovranno mostrare:
• la potenza termica al flash‐over;
• la massima potenza termica rilasciata e tempistica;
• tempi di arresto della combustione.

)
RISULTATI DA ASPETTARSI

)
0,000
1000,000
2000,000
3000,000
4000,000
5000,000
6000,000
7000,000
8000,000
9000,000
10000,000
0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 3000,00
RHR [KW]
TEMPO [S]
CONFRONTO CURVE RHR AL VARIARE DELLA SUPERFICIE DI VENTILAZIONE
O=0.025;q=328.12 MJ/m^2 O=0.059;q=328.12 MJ/m^2 O=0.072; q=328.12 MJ/m^2
RISULTATI DA ASPETTARSI

)
ANALISI DELLA CURVA DI INCENDIO NATURALE OTTENUTA CON IL CODICE FDS
Adesso verranno illustrati i risultati ottenuti mediante una simulazione CFD svolta
mediante il codice di calcolo FDS sviluppato dal NIST.
La simulazione deve prevedere l’analisi del compartimento con le proprie
caratteristiche.
In particolare si devono analizzare e confrontare le curve temperatura‐tempo e le
curve HRR‐tempo ottenute mediante l’adozione dei modelli di calcolo numerici
semplificati con le curve di temperatura e di potenza ottenute mediante la soluzione
di un modello di campo risolta mediante il codice FDS.
L’ambiente della simulazione è dato dal compartimento descritto precedentemente
in cui si deve considerare un carico d’incendio costituito da legna di volume pari a 0.5
m3 inserito al centro del compartimento, nel quale sono presenti nelle pareti una
porta di dimensioni 1.20 m x 2.1 m ed una finestra di dimensioni 1 m x 1 m.

Fire Dynamics Simulator (FDS) è un modello sviluppato dal NIST (National
Institute of Standards and Technology) che simula l'incendio, cui è associato
Smokeview, un post‐processore grafico che analizza i dati prodotti da FDS.
FDS risolve una forma delle equazioni di Navier‐Stokes per i flussi termici a
bassa velocità di fumi e gas generati in un incendio. La dinamica dell'incendio
è simulata in base ai parametri che caratterizzano ciascun materiale presente
nel dominio di simulazione, ciascuno con le proprie caratteristiche di
infiammabilità e combustione. In base a questi dati, FDS risolve
numericamente (con un metodo ai volumi finiti) le equazioni che modellano la
reazione di combustione ed i fenomeni di trasporto, tenendo conto
dinamicamente delle mutue interazioni tra i processi.
FDS è in grado di calcolare e fornire come dati di uscita, i valori di tutte le
variabili, scalari e vettoriali, calcolate in ciascuna delle celle del dominio, utili
alla comprensione dei fenomeni ed alla analisi degli effetti (concentrazioni
delle specie chimiche, distribuzioni delle temperature, pressioni, velocità dei
gas, fumi, visibilità).

)
DOVE SCARICARE IL SOFTWARE GRATUITO

)
STRUTTURA DEI CAMPI DEL LISTATO

)
STRUTTURA DEL LISTATO

)
LANCIO DEL PROGRAMMA

)
VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI CON SMOKEVIEW

)
COME COSTRUIRE IL LINGUAGGIO PER LA MODELLAZIONE FDS
NEL CASO IN ESAME
La geometria del compartimento, le caratteristiche delle pareti, nonché le
caratteristiche della reazione e della potenza termica rilasciata sono rappresentati nel
listato seguente utilizzato per lanciare la simulazione.
&HEAD CHID='caso1', TITLE='caso1' /
&MESH ID=' GRIGLIA ESTERNA', IJK=60,60,40, XB=‐1.0,5.0,‐1,5.0,0.0,4.0, /
&TIME T_END=1400. /
&MISC SURF_DEFAULT='CONCRETE', RESTART=.FALSE. /
Impostazione della reazione
&REAC ID = 'wood'
VISIBILITY_FACTOR=8
SOOT_YIELD = 0.017
C = 8.
O=4
N=0
HEAT_OF_COMBUSTION = 17000.
IDEAL = .TRUE.
H = 9

)
caratteristiche dei materiali
&MATL ID                    = 'WOOD'
FYI                   = 'Completely made up'
CONDUCTIVITY          = 0.12
SPECIFIC_HEAT         = 1.2
DENSITY               = 750./
&MATL ID             = 'CONCRETE'
SPECIFIC_HEAT  = 0.92
CONDUCTIVITY   = 1.91
DENSITY        = 2400./
&SURF ID             = 'CONCRETE'
MATL_ID        = 'CONCRETE'
THICKNESS      = 0.01
EMISSIVITY     = 1
NET_HEAT_FLUX  = 0
COLOR          ='SILVER'
FREE_SLIP      =.TRUE.

)
GEOMETRIA COMPARTIMENTO
&OBST XB=‐0.1,0.0,0.0,4.0,0.0,3.0, SURF_IDS='CONCRETE' / parete sinistra
&HOLE XB=‐0.1,0.1,1.5,2.5,1.0,2.0, DEVC_ID='ROTTURA VETRI'/ finestra
&OBST XB=4.0,4.1,0.0,4.0,0.0,3.0, SURF_IDS='CONCRETE' / parete destra
&HOLE XB=4.0,4.2,0.1,1.30,0.0,2.10, DEVC_ID='timer1'/ porta
&DEVC XYZ=4.0,0.7,1.05, ID='timer1' SETPOINT=30, QUANTITY='TIME'
INITIAL_STATE=.FALSE./ APERTURA DELLA PORTA DOPO 30 secondi
&DEVC XYZ=0,2,1.5, ID='ROTTURA VETRI'  SETPOINT=400, QUANTITY='TEMPERATURE'
INITIAL_STATE=.FALSE./ APERTURA DELLA FINESTRA QUANDO T RAGGIUNGE 400°C
&OBST XB=‐0.1,4.1,0.0,4.0,3.0,3.05, SURF_IDS='CONCRETE'/ SOFFITTO
&OBST XB=‐0.1,4.1,‐0.1,0.0,0.0,3.05, SURF_IDS='CONCRETE'/ PARETE
&OBST XB=‐0.1,4.1,4.0,4.1,0.0,3.05, SURF_IDS='CONCRETE'/ PARETE
&VENT MB='YMIN' SURF_ID='OPEN'
&VENT MB='YMAX' SURF_ID='OPEN'
&VENT MB='XMIN' SURF_ID='OPEN'
&VENT MB='XMAX' SURF_ID='OPEN'
&VENT MB='ZMAX' SURF_ID='OPEN'/ SUPERFICI ESTERNE DEL DOMINIO DI CALCOLO

)
FOCOLAIO
&OBST XB=1.50,2.50,1.50,2.50,0.0,0.5
SURF_IDS='INERT', 'INERT','INERT'/
&VENT XB=1.5,2.5,1.5,2.5,0.5,0.5
SURF_ID='BURNER' /
&SURF ID='BURNER', HRRPUA=6588.61, COLOR='RED',RAMP_Q='fireramp' /
definizione della curva RHR‐t (modello t‐square) con picco di 6588.61 Kw
&RAMP ID='fireramp' T=0,F=0/
&RAMP ID='fireramp' T=60,F=0.01/
&RAMP ID='fireramp' T=770,F=1/
&RAMP ID='fireramp' T=1210.85,F=1/
&RAMP ID='fireramp' T=1393.87,F=0/

)
QUANTITA' DI OUTPUT
&DEVC ID='TEMPERATURA SOFFITTO', XYZ=2,2,3, QUANTITY='TEMPERATURE' /
&DEVC ID='TEMPERTURA CENTRO COMPARTIMENTO', XYZ=2,2,1.5,
QUANTITY='TEMPERATURE' /
&DEVC ID='HRR', XB=2,2,2,2,3,3, QUANTITY='HRR' /
&DEVC ID='HRR', XB=2,2,2,2,1.5,1.5, QUANTITY='HRR' /
&SLCF PBX=0, QUANTITY='TEMPERATURE' /
&SLCF PBZ=2, QUANTITY='TEMPERATURE' /
&SLCF PBY=2, QUANTITY='TEMPERATURE'/
&SLCF XB=0.0,4.0,0.0,4,0.0,3.8, QUANTITY='TEMPERATURE' / MISURA DELLA
TEMPERATURA MEDIA DELL'INTERO VOLUME INTERNO AL COMPARTIMENTO
&SLCF XB=0.0,4.0,0.0,4,0.0,3.8,  QUANTITY='HRRPUV' /
&SLCF PBZ=1.5, QUANTITY='HRRPUA' /
&DUMP PLOT3D_QUANTITY(1:5)='TEMPERATURE','U‐VELOCITY','V‐VELOCITY','W‐
VELOCITY','HRRPUV'/
&BNDF QUANTITY='WALL TEMPERATURE' /
&TAIL /

)
0,00E+00
1,00E+03
2,00E+03
3,00E+03
4,00E+03
5,00E+03
6,00E+03
7,00E+03
8,00E+03
9,00E+03
0,00E+00 2,00E+02 4,00E+02 6,00E+02 8,00E+02 1,00E+03 1,20E+03 1,40E+03 1,60E+03
HRR [kW]
tempo [s]
confronto curve HRR
curva HRR FDS HRR calcolata
VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI
Curva RHR‐tempo

)
0,00E+00
2,00E+02
4,00E+02
6,00E+02
8,00E+02
1,00E+03
1,20E+03
0,00E+00 5,00E+02 1,00E+03 1,50E+03 2,00E+03 2,50E+03
TEMPERATURA [°C]
TEMPO [S]
curva naturale (FDS) curva parametrica
Curva Naturale vs Curva Parametrica:
VISUALIZZAZI0NE DEI RISULTATI

ALTRO ESEMPIO DI SCRITTURA LISTATO FDS
La modellazione con il codice FDS ha lo scopo di simulare il reale incendio verificatosi
nella struttura con lo scopo di avvalorare tutte le ipotesi ricavate nelle fasi
precedenti. La modellazione quindi non ha solo lo scopo di poter progettare
correttamente le strutture a livello antincendio ma anche di avvalorare ipotesi
investigative.

CREARE IL LISTATO FDS ADOTTANDO UNA PROCEDURA GRAFICA
IL SOFTWARE PYROSIM

CREARE IL LISTATO TRAMITE UNA PROCEDURA INVESTIGATIVA
STRUCTURAL FIRE INVESTIGATION SOFTWARE

PSA - 151028 Modellazione con FDS - Ing. Marcello Mangione

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