Kabelbrandssimulering i Fire Dynamics Simulator (FDS) med lagrangianska partiklar

Sammanfattning: I denna rapport har det studerats om kabelbränder går att simulera i Fire Dynamic Simulator (FDS) på ett verklighetstroget sätt med hjälp av submodellen Lagrangianska partiklar. Från kabelbrandsstudien Cable Heat Release, Ignition and Spread in Tray Installations During Fire (CHRISTIFIRE) (U.S.NRC. 2013. CHRISTIFIRE (NUREG/CR-7010), vol. 2) har ett fullskaligt korridorförsök använts som referens. Detta försök bestod av en 7,3 m lång, 2,3 m bred och 2,4 m hög korridor med tre nivåer av kabelstegar längs ena väggen. Dessa antändes med en propanbrännare med effekten 40 kW som placerades 20 cm under den lägsta kabelstegen och 40 cm från korridorens ena öppning.
Detta försök återskapades i FDS och kablarna byggdes upp av cylindriska lagrangianska partiklar med materialegenskaper från den i försöket använda kabeln. En förenklad brandspridningsmodell användes där varje kabelpartikel gavs en heat release rate per unit area (HRRPUA), en antändningstemperatur och en brinntid. Värden på antändningstemperatur och HRRPUA togs från småskaliga försök med pyrolysis combustion flow calorimeter (PCFC) och konkalorimeter som även genomfördes inom ramen för CHRISTIFIRE. Brinntiden beräknades för hand med hjälp av data från dessa försök och information om mängd brännbart material på kabeln. Tre olika modeller av kabelpartiklar testades för att undersöka vilken som gav det mest verklighetstrogna resultatet.
Känslighetsanalyser genomfördes med avseende på parametrarna HRRPUA, brinntid, antändningstemperatur och cellstorlek. För att utvärdera resultatet av simuleringarna har de jämförts med HRR-kurvan från referensförsöket i CHRISTIFIRE samt mot de αt2-bränder som anges i Boverkets allmänna råd om analytisk dimensionering av byggnaders brandskydd (BBRAD3). De αt2-bränder som anges i BBRAD3 skall användas vid analytisk verifiering av boverkets byggregler men används ofta i fler sammanhang då de anses beprövade. Vid den typ av kabelbränder som undersöks i denna studie ger de dock brandkurvor som är mycket konservativa, dvs. har hög marginal, både i tillväxt och maximal HRR. Med ett brandförlopp som är orimligt konservativt riskerar hela simuleringen och analysen av denna att förlora sin trovärdighet.
Resultatet av denna studie visar att för det fall som studerats ger modellen med lagrangianska partiklar en HRR-kurva som är mycket lik den från U.S.NRC:s fullskaleförsök och avsevärt mycket mer träffsäker än αt2-bränderna.