Hãy tưởng tượng một đám cháy bùng phát trong một tòa nhà. Ngọn lửa lan nhanh, tạo ra khói dày và nhiệt độ cao có thể nhanh chóng bao trùm toàn bộ tòa nhà. Trong tình huống như vậy, điều cần thiết là phải hiểu đám cháy sẽ diễn biến như thế nào, khói sẽ di chuyển ra sao và nhiệt sẽ lan ra như thế nào. Thông tin này rất quan trọng để lính cứu hỏa sơ tán người dân và dập tắt đám cháy hiệu quả.

May mắn thay, có một công cụ mạnh mẽ có thể giúp chúng ta dự đoán hành vi cháy và chuyển động của khói: Mô hình động lực học chất lưu tính toán (CFD) . CFD giống như một mô phỏng máy tính tinh vi mô phỏng dòng chảy của chất lỏng, bao gồm không khí, khói và khí nóng. Bằng cách phân tích các định luật vật lý chi phối chuyển động của chất lỏng, CFD có thể dự đoán chính xác cách các chất lỏng này sẽ hoạt động trong một tình huống cháy.

Hãy nghĩ về nó như việc có một mô hình ảo của một tòa nhà và đám cháy. Bạn có thể nhập các thông số khác nhau, chẳng hạn như bố cục của tòa nhà, loại vật liệu được sử dụng trong xây dựng và vị trí của nguồn lửa. Sau đó, CFD sẽ mô phỏng cách khói và nhiệt di chuyển khắp tòa nhà, cung cấp thông tin chi tiết có giá trị về các mối nguy tiềm ẩn và các tuyến đường sơ tán tốt nhất.

Mô hình hóa CFD không chỉ để dự đoán hành vi cháy, mà còn được sử dụng để thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống phòng cháy. Hệ thống phun nước chữa cháy, hệ thống kiểm soát khói và các chiến lược thông gió đều có thể được thử nghiệm và đánh giá bằng cách sử dụng mô phỏng CFD, đảm bảo rằng chúng có hiệu quả trong việc dập tắt đám cháy và bảo vệ người ở. Kỹ thuật này sử dụng các phương trình toán học để biểu diễn các định luật vật lý của chuyển động chất lỏng, chẳng hạn như bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng.

Phast, Safeti và CFD - Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phòng cháy chữa cháy thụ động sử dụng Phast, Safeti và CFD (Nguồn: DNV)

Mô hình CFD được sử dụng như thế nào cho an toàn phòng cháy chữa cháy?

Mô hình CFD được sử dụng trong nhiều ứng dụng an toàn phòng cháy chữa cháy, bao gồm:

• Dự đoán chuyển động của khói:  Mô phỏng CFD có thể dự đoán chính xác chuyển động của khói, cho phép xác định đường di chuyển của khói và các vùng có khả năng bị kẹt khói.
• Phân tích truyền nhiệt:  Các mô hình CFD có thể mô phỏng quá trình truyền nhiệt trong môi trường cháy, giúp đánh giá khả năng hỏng hóc kết cấu và nguy cơ bùng phát hỏa hoạn, một hiện tượng cháy lan nhanh và dữ dội.
• Đánh giá các chiến lược thông gió:  Mô hình CFD có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của hệ thống thông gió trong việc loại bỏ khói và nhiệt khỏi các khu vực bị hỏa hoạn, đảm bảo các tuyến đường sơ tán an toàn và khả năng tiếp cận của lính cứu hỏa.
• Tối ưu hóa hệ thống phòng cháy chữa cháy:  Mô phỏng CFD có thể hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống phòng cháy chữa cháy, chẳng hạn như hệ thống phun nước chữa cháy và hệ thống kiểm soát khói, để tối đa hóa hiệu quả của chúng.
• Điều tra các vụ cháy:  Mô hình CFD có thể được sử dụng để tái tạo các tình huống cháy và phân tích các yếu tố góp phần gây ra sự lan rộng và mức độ nghiêm trọng của cháy, hỗ trợ các chiến lược phòng cháy.

Phần mềm CFD

Một số gói phần mềm CFD phổ biến nhất được sử dụng để phân tích an toàn cháy nổ và tính mạng bao gồm:

• Fire Dynamics Simulator (FDS) : FDS là phần mềm CFD có sẵn công khai do Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) phát triển . Phần mềm này được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng an toàn phòng cháy chữa cháy, bao gồm mô hình hóa cháy, kiểm soát khói và nhiệt, và phân tích sơ tán.
• FLACS-CFD : FLACS-CFD là phần mềm CFD thương mại do Gexcon phát triển . Phần mềm này được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm mô phỏng cháy nổ, mô hình phân tán khí và đánh giá rủi ro.
• Smokeview : Smokeview là một chương trình trực quan hóa được sử dụng để hiển thị đầu ra của mô phỏng FDS và CFAST. Nó cho phép người dùng trực quan hóa chuyển động của khói, nhiệt và các sản phẩm cháy khác trong không gian ba chiều.
• FDS+Evac : FDS+Evac là một mô-đun mô phỏng sơ tán cho Fire Dynamics Simulator (FDS). Nó cho phép người dùng mô phỏng chuyển động của mọi người trong các tình huống sơ tán. Các mô phỏng sơ tán có thể được kết hợp hoàn toàn với các mô phỏng cháy.
• KFX/EXSIM : KFX/EXSIM là phần mềm CFD thương mại do DNV phát triển . Phần mềm này được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm mô phỏng cháy nổ, mô hình phân tán khí và đánh giá rủi ro.
• Autodesk CFD : Autodesk CFD là phần mềm CFD thương mại do Autodesk phát triển. Nó được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm mô phỏng cháy và khói, phân tích thông gió và kỹ thuật gió.

Lợi ích của mô hình CFD trong an toàn cháy nổ

Mô hình CFD mang lại một số lợi thế cho các ứng dụng an toàn phòng cháy chữa cháy:

• Dự đoán chi tiết và chính xác:  Mô phỏng CFD cung cấp dự đoán chi tiết và chính xác về chuyển động của khói, truyền nhiệt và hành vi cháy, cho phép hiểu biết toàn diện về động lực cháy.
• Phân tích hiệu quả về mặt chi phí:  Mô hình hóa CFD loại bỏ nhu cầu thử nghiệm vật lý tốn kém và cho phép đánh giá nhiều tình huống thiết kế và biện pháp an toàn phòng cháy mà không có rủi ro liên quan đến các thí nghiệm cháy thực tế.
• Tính linh hoạt và khả năng thích ứng:  Mô hình CFD có thể được áp dụng cho nhiều tình huống cháy khác nhau, từ các vụ cháy nhỏ trong các tòa nhà dân cư đến các vụ cháy công nghiệp quy mô lớn, cung cấp một công cụ linh hoạt để phân tích an toàn phòng cháy.

Những hạn chế của mô hình CFD

Mặc dù có nhiều ưu điểm, mô hình CFD vẫn có một số hạn chế nhất định:

• Độ phức tạp và chuyên môn:  Mô hình hóa CFD đòi hỏi hiểu biết sâu sắc về động lực học cháy, cơ học chất lưu và các kỹ thuật tính toán, hạn chế việc sử dụng rộng rãi đối với những người không phải chuyên gia.
• Sức mạnh tính toán:  Mô phỏng CFD có thể đòi hỏi khả năng tính toán cao, đòi hỏi máy tính mạnh để xử lý hình học phức tạp, điều kiện biên và tình huống cháy.
• Sự không chắc chắn và xác thực:  Các mô hình CFD dựa trên các giả định và đơn giản hóa toán học, đưa sự không chắc chắn vào kết quả. Xác thực bằng dữ liệu thực nghiệm hoặc các vụ cháy trong lịch sử là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các dự đoán CFD.

Phần kết luận

Mô hình động lực học chất lưu tính toán (CFD) đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong lĩnh vực an toàn phòng cháy chữa cháy, cung cấp những hiểu biết có giá trị về hành vi cháy và chuyển động của khói. Bằng cách dự đoán động lực cháy, mô phỏng CFD cho phép phát triển các chiến lược phòng ngừa và dập tắt cháy hiệu quả, cuối cùng góp phần bảo vệ tính mạng và tài sản. Khi công nghệ CFD phát triển, vai trò của nó trong an toàn phòng cháy chữa cháy dự kiến ​​sẽ mở rộng, dẫn đến các giải pháp an toàn phòng cháy chữa cháy tinh vi và đáng tin cậy hơn nữa.

Cảm ơn bạn đã tham gia cùng chúng tôi vào Firewise Friday này và hãy nhớ rằng, an toàn là trách nhiệm của mọi người. Hẹn gặp lại vào tuần sau.