Einfluss der Gitterweite auf die Ergebnisse von Brandsimulationsmodellen und Anwendung auf ein Atrium

In der vorliegenden Studie wurde eine Gittersensitivitätsstudie für ein Brandszenario in einem Raum mit Verbindung zu einem Atrium mit drei verschiedenen CFD-Modellen durchgeführt. Bei den 3 CFD-Modellen handelt es sich um den Open-Source Code FDS, den kommerziellen Strömungslöser CFX aus der ANSYS Suite sowie dem Brandsimulationsprogramm KOBRA 3D. Der Fokus bei den numerischen Berechnungen lag dabei auf der Untersuchung der Gittersensitivität, daher wurden gleiche oder ähnliche Ansätze zur Modellierung physikalischer Brandphänomene wie Turbulenz, Wärmestrahlung, Speziesumwandlung etc. gewählt. Die Auswertung der Daten erfolgte für physikalische Größen wie Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten an definierten Messpositionen im Strömungsraum.
Für brandinduzierte Auftriebsströmungen, kann zur Bewertung der Gitterweite, das Verhältnis R* zwischen dem charakteristischen Branddurchmesser D* und der Gitterweite verwendet werden. Aus der Berechnung der charakteristischen Auflösung R* für das gegebene Beispiel zeigt sich, dass eine Gitterweite mit einer Kantenlänge von 5 cm eine sehr feine Auflösung der Brandfläche darstellt. Bei charakteristischen Auflösungen R* größer als 10 verändert sich bei Berechnung mit CFX (R* = 10 bzw. 20) das Ergebnis nur noch mit Unterschieden deutlich kleiner als 5% für berechnete Temperaturen in einem Atrium.

Influence of grid width on the results of fire simulation models - Application: Atrium.
In the present study, a grid sensitivity study for a fire scenario in a room connected to an atrium was performed using three different CFD models. The 3 CFD models are the open source code FDS, the commercial flow solver CFX from the ANSYS Suite and the fire simulation program KOBRA 3D. The focus of the numerical calculations was on the investigation of the grid sensitivity, therefore the same or similar approaches for the modelling of physical fire phenomena such as turbulence, heat radiation, species conversion etc. were chosen. The data were evaluated for physical quantities such as temperatures and flow velocities at defined measuring positions in the flow space.
For fire induced buoyancy flows, the ratio R* between the characteristic fire diameter D* and the grid width can be used to evaluate the grid width of the flow field. The calculation of the characteristic resolution R* for the given example shows that a grid width with an edge length of 5 cm represents a very fine resolution of the fire area. With characteristic resolutions R* greater than 10, the result only changes with differences significantly smaller than 5 % for calculated temperatures in an atrium when calculated with CFX (R* = 10 or 20).