توسعه مدل زیرشبکه سازگارتر با روش les برای شبیه‏سازی عددی آتش در فضای بسته

افزایش سرعت پردازش کامپیوترها و توسعه روش‏های دینامیک سیالات محاسباتی، زمینه را برای بکارگیری مدل‏های فیزیکی کامل‏تر در تعیین رفتار آتش‏سوزی فراهم نموده است. به همین منظور توجه زیادی به استفاده از مدل‏های جامع و پیچیده‏ی اغتشاشی، احتراقی، تابشی، تجزیه و تشکیل دوده معطوف بوده است. در این رساله، با توجه به اهمیت مدل اغتشاشی و نقش آن در پیش‏بینی رفتار آتش‏سوزی، مدل‏های زیرشبکه اسماگورینسکی و یک-معادله‏ای در روش شبیه‏سازی گردابه‏های بزرگ برای پیش‎بینی رفتار جریان آتش‏سوزی به همراه مدل احتراقی اصلاح‏شده اتلاف گردابه و مدل تابشی جهات گسسته بکار رفته است. این مدل‏ها در سناریوهای مختلف آتش‏سوزی به لحاظ میزان دقت آن‏ها مقایسه شده‏اند. اولین سناریوی مورد بررسی، آتش‏سوزی بزرگ مقیاس در محیط باز است. این سناریو در میزان حرارت‏ آزاد شده در سه حالت مختلف بررسی شد. در این سناریو، مشاهده شد که به طور کلی مدل یک-معادله‏ای به دلیل پیش‏بینی دقیق‏تر کمیت‏های اغتشاشی، مقادیر سرعت عمودی و افقی و دما را با دقت بالاتری تخمین می‏زند. همچنین میزان خطای مدل یک-معادله‏ای در ناحیه پلوم آتش استخری کاهش چشمگیری دارد. رفتار نوسانی آتش استخری نیز با دقت بالاتری نسبت به مدل اسماگورینسکی تخمین زده می‏شود. به دلیل اهمیت بررسی آتش‏سوزی در فضاهای بسته، دو سناریو آتش‏سوزی در فضای یک-اتاقی (شش حالت حرارت آزاد شده و ابعاد بازشو مختلف) و دو-اتاقی (سه حالت حرارت آزاد شده و مکان مختلف منبع آتش) مورد بررسی قرار گرفت. در سناریوی آتش‏سوزی یک-اتاقی مشاهده شد که مقدار سرعت در ناحیه دما پایین بازشو، در مدل‏های شبیه‏سازی گردابه‏های بزرگ به طور متوسط تا 18 درصد دقیق‏تر از مدل‏های اغتشاشی متوسط‏گیری زمانی معادلات ناویر استوکس در مطالعات پیشین است. همچنین مدل یک-معادله‏ای پیش‏بینی دقیق‏تری از سرعت در نواحی دما بالا دارد. در تمامی مدل‏های استفاده شده در ناحیه دما پایین، به خوبی مقدار دما تخمین زده می‏شود اما میزان خطا در ناحیه دما بالا افزایش می‏یابد. روند تغییر دما از ناحیه دما پایین به ناحیه دما بالا در مدل یک-معادله‏ای با نتایج تجربی سازگارتر است. مقایسه کمیات ماکروسکوپی ارتفاع صفحه خنثی و میزان دبی هوای ورودی به اتاق نیز نشان از برتری مدل یک-معادله‏ای نسبت به سایر مدل‏ها دارد. در سناریوی آتش‏سوزی در فضای دو-اتاقی مشاهده شد که هم در اتاق آتش و هم در اتاق مجاور آن، هر دو مدل زیرشبکه به لحاظ کیفی تغییرات دمایی را به خوبی پیش‏بینی می‏نمایند. نتایج دو مدل در ناحیه دما پایین، اختلاف چندانی ندارد. داخل اتاق آتش، دو مدل، دما را در ناحیه دما پایین، کمتر از مقدار تجربی پیش‏بینی می‏کنند. اما در ناحیه دما بالا بیش‏ پیش‏بینی دما مشاهده می‏شود. در تمامی نواحی داخل اتاق آتش، مدل یک-معادله‏ای دقت بالاتری دارد. سناریوی چهارم از مطالعات، آتش‏سوزی در مجاورت دیوار عمودی (دو حالت حرارت آزاد شده مختلف) و جریان القایی حاصل از آن، نشان داد، مدل یک-معادله‏ای استفاده شده، دقت قابل قبولی در پیش‏بینی رفتار جریان القایی آتش دارد. به طور کلی، دما و سرعت متوسط جریان در مجاورت دیوار بیشتر از مقادیر تجربی تخمین زده می‏شود. اما با فاصله گرفتن از دیوار آتش‏گیر و در ناحیه پلوم حرارتی، دقت مدل در پیش‏بینی این کمیت‏ها افزایش می‏یابد.