Advanced

Fire Dynamics in Multi-Room Compartment Fires

Johansson, Nils LU (2015)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Det finns flera avancerade datormodeller att tillgå för att analysera och utvärdera brandsäkerheten i byggnader i samband med nyproduktion och ombyggnad. Denna typ av datormodeller kan, i många fall, göra bra förutsägelser av faktorer som är betydelsefulla för brandsäkerheten och därför är de viktiga verktyg vid brandtekniska analyser. Datormodellerna är dock komplexa och i många fall undanhålls användaren information om själva beräkningsprocessen. Det kan leda till att insynen i beräkningarna blir begränsad och det är därför viktigt att användaren har en grundläggande förståelse för den underliggande brand-dynamiken i det studerade problemet. Beräkningar med hjälp av datormodeller kan även vara... (More)
Popular Abstract in Swedish

Det finns flera avancerade datormodeller att tillgå för att analysera och utvärdera brandsäkerheten i byggnader i samband med nyproduktion och ombyggnad. Denna typ av datormodeller kan, i många fall, göra bra förutsägelser av faktorer som är betydelsefulla för brandsäkerheten och därför är de viktiga verktyg vid brandtekniska analyser. Datormodellerna är dock komplexa och i många fall undanhålls användaren information om själva beräkningsprocessen. Det kan leda till att insynen i beräkningarna blir begränsad och det är därför viktigt att användaren har en grundläggande förståelse för den underliggande brand-dynamiken i det studerade problemet. Beräkningar med hjälp av datormodeller kan även vara tidskrävande eftersom det kan ta flera dagar att få fram ett resultat. Enkla och transparanta handberäkningsmetoder kan däremot skapa möjligheter för att förstå grunderna kring komplexa brandfenomen. De kan även användas för att genomföra tämligen snabba överslagsberäkningar. Olika typer av handberäkningsmetoder är därför ett bra komplement till de mer avancerade datormodellerna. Handberäkningsmetoder har i regel en lägre noggrannhet jämfört med datormodeller, men handberäkningar kan ge ett ungefärligt svar som i många fall kan vara tillfredsställande för att förstå vilka variabler som är mest inflytelserika och därmed viktiga att bestämma. Handberäkningar kan även användas för att avgöra om det, för ett specifikt problem, behövs en mer detaljerad och tidskrävande analys.

Det finns flera enkla handberäkningsmetoder för att studera förhållandena i ett brandrum. Det finns dock få sådana metoder som kan användas för att studera förhållandena i utrymmen angränsande till brandrummet och därför användas i princip endast datormodeller för sådana analyser. Det finns följaktligen ett behov av att utveckla handberäkningsmetoder som är tillämpbara för angränsande utrymmen. Ämnet i denna avhandling är att studera branddynamiken i utrymmen med flera rum, med det uttryckliga målet att utveckla handberäkningsmetoder som kan användas för sådana utrymmen.



Två nya handberäkningsmetoder, för att studera förhållandena i rum som angränsar till ett brandrum, presenteras i avhandlingen. Båda metoderna har validerats mot ett väldokumenterat experiment som även det ingår i avhandlingen. Experimentet bestod av 52 individuella försök i en småskalig uppställning. Den första metoden utgörs av en korrelation som har tagits fram med hjälp av data från ett numeriskt experiment. Korrelationen visades kunna beräkna brandgas-temperaturen i det angränsande utrymmet inom en avvikelse på 10% från de experimentellt uppmätta värdena. Den andra metoden kan användas för att beräkna brandgaslagrets höjd och temperatur. Metoden bygger på en mass- och energibalans och utgörs av flera beräkningssteg. Metoden predikterade brandgaslagrets höjd och temperatur inom en avvikelse på 5 respektive 30% från de uppmäta värdena i experimentet.



Även användningen av numeriska experiment inom brandteknisk forskning har utvärderats som en del av avhandlingen. Numeriska experiment är en lovande forskningsmetod som inbegriper både för- och nackdelar jämfört med traditionella experiment. Ingen experimentell metod kan rekommenderas för alla tänkbara situationer inom brandteknisk forskning och därför bör experimentella metoder, som numeriska experiment och traditionella fullskaleförsök, inte ses som konkurrerande utan snarare som kompletterande.

En rumsbrand är ett komplext problem och komplexiteten ökar om brandgas-spridning sker till flera rum. När det gäller brandtekniska experiment i verklig skala kan det därmed vara svårt att styra alla variabler som påverkar resultatet och det kan innebära att resultatet varierar mycket mellan reproducerade tester. Ofta genomförs bara enstaka experimentella tester med få upprepningar, följaktligen är kunskapen om den variation som kan förekomma i denna typ av experiment begränsad. Som ett led i studien av branddynamiken i utrymmen med flera rum har därför reproducerbarhet av ett fullskaligt försök i en typisk tre-rums lägenhet studerats med hjälp av 45 experimentella tester. Reproducerbarheten av temperaturmätningarna, utryckt som ett 95% konfidensintervall runt medelvärdet av mätningarna, varierade mellan ± 10-35% beroende på ventilationsförhållande, närhet till branden och tid efter antändning.



Fem vetenskapliga artiklar är bifogade till avhandlingen. Forskningen i dessa artiklar presenteras och diskuteras i avhandlingen. (Less)
Abstract
Fire dynamics in multi-room compartments are explored in this thesis and new methods to study conditions in

rooms adjacent to the room of fire origin are presented. Simple and transparent engineering methods can create good possibilities for understanding different complex phenomena present in fire science. Such methods can also be used in the design process in order to perform rough estimates before more advanced and time-consuming analyses are performed. There are several methods available for studying conditions in the room of fire origin. However, there are few methods that can be used to study the conditions in adjacent spaces. This means that there is a need for developing new fire engineering methods for such spaces. In... (More)
Fire dynamics in multi-room compartments are explored in this thesis and new methods to study conditions in

rooms adjacent to the room of fire origin are presented. Simple and transparent engineering methods can create good possibilities for understanding different complex phenomena present in fire science. Such methods can also be used in the design process in order to perform rough estimates before more advanced and time-consuming analyses are performed. There are several methods available for studying conditions in the room of fire origin. However, there are few methods that can be used to study the conditions in adjacent spaces. This means that there is a need for developing new fire engineering methods for such spaces. In this thesis two such methods are presented and evaluated. A fire in a single room is complex and the problem increases in complexity when multiple rooms are studied. It can therefore be hard to control all influencing variables and to reproduce fire experiments in multi-room compartments. As a part of the exploration of multi-room compartment fires in this thesis, the reproducibility of a full-scale scenario in a typical apartment building is studied. The temperature varied between ±10-35% around the average temperature depending on scenario, location and time after ignition. An alternative to performing traditional experiments is to use numerical experiments. Numerical experimentation is considered to be a promising research method in fire science, and it is evaluated as a part of this thesis. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Associate Professor Karlsson, Björn, University of Iceland
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Fire safety engineering, fire dynamics, multi-room compartment, numerical experiment, small-scale experiment, hot-gas-layer temperature, hot-gas-layer interface height, reproducibility
pages
199 pages
defense location
Lecture hall A:C, A-building, Sölvegatan 24, Lund University, Faculty of Engineering, LTH.
defense date
2015-04-13 10:00
ISBN
978-91-7623-240-8
language
English
LU publication?
yes
id
f120423f-d498-4e3a-b909-48e2476dbb9f (old id 5154940)
date added to LUP
2015-03-17 11:47:09
date last changed
2016-09-19 08:45:19
@misc{f120423f-d498-4e3a-b909-48e2476dbb9f,
  abstract     = {Fire dynamics in multi-room compartments are explored in this thesis and new methods to study conditions in<br/><br>
rooms adjacent to the room of fire origin are presented. Simple and transparent engineering methods can create good possibilities for understanding different complex phenomena present in fire science. Such methods can also be used in the design process in order to perform rough estimates before more advanced and time-consuming analyses are performed. There are several methods available for studying conditions in the room of fire origin. However, there are few methods that can be used to study the conditions in adjacent spaces. This means that there is a need for developing new fire engineering methods for such spaces. In this thesis two such methods are presented and evaluated. A fire in a single room is complex and the problem increases in complexity when multiple rooms are studied. It can therefore be hard to control all influencing variables and to reproduce fire experiments in multi-room compartments. As a part of the exploration of multi-room compartment fires in this thesis, the reproducibility of a full-scale scenario in a typical apartment building is studied. The temperature varied between ±10-35% around the average temperature depending on scenario, location and time after ignition. An alternative to performing traditional experiments is to use numerical experiments. Numerical experimentation is considered to be a promising research method in fire science, and it is evaluated as a part of this thesis.},
  author       = {Johansson, Nils},
  isbn         = {978-91-7623-240-8},
  keyword      = {Fire safety engineering,fire dynamics,multi-room compartment,numerical experiment,small-scale experiment,hot-gas-layer temperature,hot-gas-layer interface height,reproducibility},
  language     = {eng},
  pages        = {199},
  title        = {Fire Dynamics in Multi-Room Compartment Fires},
  year         = {2015},
}