臺灣博碩士論文加值系統

國內有許多火災模擬軟體之相關研究，但尚未有研究將模擬軟體應用至撒水幕系統隔熱性之研究，而一個撒水幕全尺寸試驗的人力成本花費龐大，因此，本研究利用電腦軟體輸入火場發生情形，分析模擬的結果求得撒水幕的防火設計參數。
本研究以電腦模擬針對全尺寸試驗之數據加以驗證。除了蒐集國內外火災模擬軟體之相關文獻，經歸納、整理、分析、比較後，選出由挪威籍Magnussen教授及其團隊研發，針對火災和爆炸所發展CFD評估模式的火災模擬軟體Kameleon FireEx (KFX)，應用至撒水幕系統，以電腦模擬驗證之方式，觀察火災發生時撒水幕之隔熱性與週遭溫度變化之情形，並與全尺寸實驗所得之數據結果進行比較分析及探討。本研究以KFX進行火災室有撒水幕作用之模擬，以相對釋放之氣體量進行木材堆的固態模擬燃燒，和單排累積多個噴水頭排列成水幕狀來模擬撒水幕作用之情境，模擬得到撒水幕對火災室內溫度有降低的作用以及具有隔熱降溫功能之結果，雖然與全尺寸試驗結果相差12％，但證實以KFX模擬撒水幕試驗是可繼續研究的。

In Taiwan, the study of heat insulation performance for water curtain by using fire model has not been presented yet. As a result of a high spending on the full-scale fire-resistant test, this research use the real fire experiment data and parameter which has been finished already and cooperate with the fire simulation software to analyze heat insulation performance of water curtain. We have consulted an extensive study of various journals, published and unpublished research papers about fire simulation software by literature review in this research, and using Kameleon FireEx (KFX) which is a 3-dimensional transient simulator for fire and gas dispersion analyses in Computational Fluid Dynamics to water curtain system. Then, we observed the heat insulation of water curtain and the condition that the temperature of surrounding area changes while the fire takes place by putting the test in computer simulation method, and compare with the full-size experiment data to analyze and discuss the result. In this case we found the wood gasification rate which varies with time to simulate a solid fire and multiple fan shape spray water curtain to simulate the fire room with water curtains. Although the result is differ by 12% with full-scale test, KFX application still works on heat insulation performance for water curtain.

目 錄

致謝…………………………………………………………………………………Ⅰ
摘要…………………………………………………………………………………Ⅲ
ABSTRACT ………………………………………………………………………Ⅳ
目錄…………………………………………………………………………………Ⅴ
表目錄 ……………………………………………………………………………Ⅶ
圖目錄 ……………………………………………………………………………Ⅷ
第一章 緒論 ………………………………………………………………………1
1.1 研究動機 ………………………………………………………………1
1.2 研究目的 ………………………………………………………………2
1.3 研究範圍與限制………………………………………………………2
1.4 研究方法 ………………………………………………………………2
1.5 研究流程 ………………………………………………………………4
第二章 文獻回顧…………………………………………………………………5
2.1 火災模式特性分析……………………………………………………5
2.1.1火災的進行狀況………………………………………………5
2.1.2火災流體動力學………………………………………………6
2.2火災模擬軟體………………………………………………………8
2.2.1火災模擬軟體模式…………………………………………8
2.2.2國內火災模擬軟體之使用現況…………………………11
2.3撒水幕試驗案例……………………………………………………17
第三章 KFX環境說明與設定………………………………………………23
3.1 KFX簡介……………………………………………………………23
3.2 KFX運算模擬原理簡介…………………………………………24
3.3 KFX模擬過程與設定……………………………………………27
3.3.1格網設定……………………………………………………27
3.3.2燃料設定……………………………………………………35
3.3.3虛擬熱電偶之設定…………………………………………39
第四章 模擬結果與數據分析 ………………………………………………44
4.1無撒水幕火災室試驗模擬…………………………………………44
4.1.1第一次模擬過程與結果……………………………………44
4.1.2修改環境參數之模擬結果…………………………………53
4.1.3 修改燃料設定參數之模擬結果…………………………56
4.2撒水幕模擬試驗 ……………………………………………………62
4.2.1撒水系統設定………………………………………………62
4.2.2撒水幕之模擬………………………………………………66
4.3有撒水幕火災室模擬試驗………………………………………68
4.4試驗結果分析………………………………………………………73
第五章 結論與建議 ……………………………………………………………76
5.1 結論……………………………………………………………………76
5.2 建議……………………………………………………………………78
參考文獻 …………………………………………………………………………80
附錄一 區域模式軟體簡介……………………………………………………83
附錄二 場模式軟體簡介………………………………………………………93
附錄三 國內常用之場模式火災模擬軟體與KFX比較表……………94
附錄四 論文口試審查意見與處理情形……………………………………96


表 目 錄

表2.1 區域模式相關軟體簡介 9
表2.2 場模式相關軟體簡介 11
表2.3 國內軟體應用現況比較表 12
表2.4 水平延燒試驗規格表 15
表3.1 KFX模擬初始設定條件 28
表4.1 第一次KFX模擬無撒水幕火災室模擬試驗 50
表4.2 五組模擬試驗比較表 58
表4.3 KFX模擬K值為0.1之無撒水幕火災室模擬試驗 60
表4.4撒水幕噴頭設定參數值 62
表4.5 KFX模擬撒水幕情形 67
表4.6 KFX模擬與全尺寸試驗結果比較表 70
表4.7 KFX模擬有撒水幕水平延燒模擬試驗 71
表4.8 KFX模擬與全尺寸試驗優缺點比較表 75


圖 目 錄

圖1.1 研究流程圖 4
圖2.1 火災成長圖 6
圖2.2 防止水平延燒試驗平面配置圖 18
圖2.3 防止水平延燒試驗側面配置圖 19
圖2.4 火災室透視圖 19
圖2.5 模擬水平延燒有無撒水試驗之火場平均溫度 20
圖2.6 撒水幕前、後之平均溫度變化 21
圖2.7 模擬水平延燒試驗有無裝設撒水幕之熱輻射量比較 22
圖3.1 KFX於終端機之安裝情形 23
圖3.2 2D空間有限體積法的概念 25
圖3.3 KFX建模設定過程1 28
圖3.4 KFX建模設定過程2 29
圖3.5 KFX建模設定過程3 29
圖3.6 KFX建模設定過程4 30
圖3.7 KFX建模設定過程5 30
圖3.8 KFX建模設定過程6 31
圖3.9 KFX建模設定過程7 31
圖3.10 KFX建模設定過程8 32
圖3.11 KFX建模設定過程9 32
圖3.12 KFX建模設定過程10 33
圖3.13 KFX建模設定過程11 33
圖3.14 KFX建模設定過程12 34
圖3.15 KFX建模完成圖 34
圖3.16 KFX建模完成透視圖 35
圖3.17火源配列模型 36
圖3.18 KFX木材堆設定 36
圖3.19 KFX木材堆設定透試圖 37
圖3.20單堆木材之熱釋放率 38
圖3.21 Release.dat檔案之內容 38
圖3.22木材堆cell種類的設定 39
圖3.23 thermocouple的設定1 40
圖3.24天花板九點thermocouple的設定 41
圖3.25撒水幕後上層thermocouple的設定 41
圖3.26撒水幕後中層thermocouple的設定 42
圖3.27撒水幕後下層thermocouple的設定 42
圖3.28 thermocouple的設定2 43
圖4.1 KFX模擬執行步驟1 45
圖4.2 KFX模擬執行步驟2 45
圖4.3 KFX模擬執行步驟3 46
圖4.4 KFX模擬執行步驟4 46
圖4.5 KFX模擬執行步驟5 47
圖4.6 KFX模擬無撒水幕水平延燒試驗之平均溫度 48
圖4.7 KFX模擬與全尺寸試驗天花板平均溫度比較圖 49
圖4.8 KFX模擬水平延燒試驗之溫度切面圖 52
圖4.9火災室後牆下方設置30cm高開口情形 54
圖4.10 後牆設置30cm開口KFX模擬數據分析結果 54
圖4.11 KFX風速參數之設定 55
圖4.12 設置開口增加風速後KFX模擬數據分析結果 56
圖4.13 五組試驗天花板平均溫度比較圖 57
圖4.14 無水幕試驗電腦模擬與全尺寸試驗溫度比較圖 59
圖4.15 KFX撒水幕的設定1 63
圖4.16 KFX水系統spray設定示意圖 63
圖4.17 KFX撒水幕的設定2 64
圖4.18 KFX撒水幕的設定3 64
圖4.19 KFX撒水幕的設定4 65
圖4.20 KFX撒水幕的設定5 65
圖4.21 水幕平面配置 66
圖4.22 模擬撒水幕示意圖 66
圖4.23 Multi spray water curtain 67
圖4.24 KFX中spray排列成撒水幕之情形 67
圖4.25 KFX模擬有撒水試驗之火場平均溫度 68
圖4.26 KFX模擬有無撒水幕溫度比較圖 69
圖4.27 有撒水幕試驗KFX模擬與全尺寸試驗溫度比較圖 70

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