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Pédagogie et formation

Stratégie, Tactique et Société
- Paru le 14/01/2009
- Déjà lu 8957 fois.

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Cours formateurs flashover - Draguignan (Canjuers-France) 2009
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Modélisation Informatique bulletArticle: Modélisation - FDS & Smokeview (VI)


Dans le cadre d'une simulation réalisée avec FDS, nous avons déjà provoqué des événements "manuels",comme l'ouverture d'une porte d'après le temps qui s'écoule, ce qui nous a permis de simuler l'entrée des secours.
Cette fois nous allons essayer de déclencher ces actions en fonction de la détection de température. Nous verrons également comment mesurer cette température, mais aussi la présence de différents gaz, aux différents endroits de notre structure.

Note : pour des raisons de vitesse de calculs, les exemples donnés dans ce cours sont basés sur des grilles de 0,50cm. Le "canapé" utilisé comme source de feu est donc symbolisé par un simple bloc de mousse, de 2m de large, 1m de profondeur et 50cm d'épaisseur.

Les détecteurs de fumée
Sous FDS, les détecteurs de fumée sont définis par la commande SMOD (pour SMOke Detector). Le détecteur est représenté sous forme d'un point et a donc besoin de seulement 3 coordonnées : X, Y et Z.

&SMOD XYZ=3.0,5.6,2.3, LENGTH=1.8, ACTIVATION_OBSCURATION=1.0, LABEL='THE_SMOD1' /

Le détecteur est défini par ses coordonnées mais il a aussi un nom. Le principe est le même que pour les SURF ID que nous avons déjà utilisé: nous nommons le détecteur, puis nous utilisons son nom comme repère pour déclencher des événements. Sauf que ça ne marche pas ! En fait, dans la version de FDS que nous utilisons pour ce cours (version 4.07) cette fonctionnalité n'est pas implémentée, alors que la documentation le laisse croire !

Le détecteur sert donc juste à savoir s'il y a ou non de la fumée, rien de plus. Lorsqu'il détecte de la fumée, il s'active et sa représentation graphique change de couleur. Mais il faut de bons yeux car seule une petite lumière est alors visible: l'image de droite en haut, représente le détecteur sans détection de fumée, celle du bas représente le détecteur activée. Bien sûr, le détecteur fonctionne même si, sous Smokeview ,vous demandez à ne pas voir la fumée : ce n'est qu'une question de calcul.

Pour avoir plus de précision quant au déclenchement, il faut regarder le fichier _smkdt.csv qui est créé. Ce fichier décrit l'obscuration perçue par le détecteur (ou par les détecteurs puisque l'on peut en mettre autant que l'on veut).
Si vous désirez ouvrir une porte lorsque le détecteur percevra la fumée, il vous faut lancer le calcul, regarder le fichier smkdt.csv pour connaître le délais et appliquer celui-ci sur l'ouverture de porte.

Note: par défaut, FDS propose un détecteur de type "Heskestad" (voir http://www.interfire.org/features/smokedetector.asp). Pour ceux de type "Clearly model", il faut spécifier des paramètres complémentaires. Ainsi, chaque détecteur peut-être paramétré de façon très précise. Cela peut-être intéressant si vous voulez fabriquer vos propres détecteur de fumée, car en jouant sur ces réglages, vous pourrez tester vos produits. Mais cela dépasse "un peu" le cadre de ces cours d'initiation!

Ci-contre: vue de la pièce avec le détecteur de fumée, d'après le code FDS ci-dessous.

/ Simulation Incendie
/ Cours 6.1 - FDS
/ Version 1.00 du 15-3-2007
/ Détecteur de fumée - PL Lamballais pour flashover.fr
/ Durée totale 5 minutes

&HEAD CHID='test_61',TITLE='Test Cours 6.1 pour flashover.fr' /
&GRID IBAR=8,JBAR=8,KBAR=5 / Nombre de cellules en x, y, z
&PDIM XBAR=4,YBAR=4,ZBAR=2.50 / Dimensions en mètres
&TIME TWFIN=300.0 / Durée de la simulation (300 = 5 min)

/ Combustible: bloc de mousse synthétique
&SURF ID = 'UPHOLSTERY'
FYI = 'Fleischmann and Chen, 100% acrylic'
C_DELTA_RHO = 1.29
TMPIGN = 280.
DENSITY = 40.0
RGB = 0.53,0.38,0.35
BURN_AWAY = .TRUE.
BURNING_RATE_MAX = 0.03
HEAT_OF_VAPORIZATION = 1500.
HEAT_OF_COMBUSTION = 30000. /

&SMOD XYZ=3.0,1.0,2.49,LENGTH=1.8,ACTIVATION_OBSCURATION=1.0, LABEL='DECT1' / Détecteur de fumée

/ Bloc de mousse pour le feu
&OBST XB= 0.0,1.0,1.0,3.0,0.0,0.50, RGB=0.3,0.3,0.3, SURF_ID='UPHOLSTERY' /

/ Fenetre pour ventiler le feu
&VENT XB=1.5,3.0,0.0,0.0,1.00,2.00, SURF_ID='OPEN' /

/ Source de chaleur sous la mousse
&PART ID='tracers',MASSLESS=.TRUE. /
&SURF ID='BURNER',PART_ID='tracers',HRRPUA=1000./ Ignition source
&VENT XB= 0.5,1.5,2.5,3.5,0.0,0.0, SURF_ID='BURNER' /

&BNDF QUANTITY='GAUGE_HEAT_FLUX' / Flux de chaleur
&BNDF QUANTITY='WALL_TEMPERATURE' / Température des murs (surfaces)
&BNDF QUANTITY='BURNING_RATE' / Perte de masse par unité

Les détecteurs de chaleur
Le principe est le même que pour les détecteurs de fumée. Le détecteur de chaleur est repéré par ses coordonnées X,Y,Z et par un nom qui servira à le repérer et l'utiliser comme déclencheur. Et cette fois, ça marche !
&HEAT XYZ=3.0,5.6,2.3, ACTIVATION_TEMPERATURE=150.,LABEL='PORTE' /

Le détecteur possède un paramètre ACTIVATION_TEMPERATURE, qui indique la température (en °C) qui va déclencher ce détecteur.

Dans l'exemple suivant, nous allons simuler la rupture d'une fenêtre suite à l'augmentation de température. Les différents documents sur le sujet donnent des indications parfois très différentes. Ne s'agissant ici que d'un exemple pour montrer le principe, nous réglerons notre détecteur de température à 200°C. Lorsqu'il se déclenchera, il provoquera la création d'un élément HOLE sur la façade arrière du local, ce qui simulera le bris de la fenêtre, par la chaleur.

En regardant ce code, vous remarquerez une variante pour l'objet VENT, avec la ligne suivante :

&VENT CB='YBAR0', SURF_ID='OPEN' /

Cette commande permet d'ouvrir totalement un VENT sur un de ces plans (ici le plan YBAR0). Comme exercice, vous pouvez reprendre le cours précédent et remplacer les ouvertures de VENT qui étaient réalisés avec les coordonnées, par ce système de plan.

A gauche, la pièce avant que le détecteur de température ne soit activé. A droite, la température a déclenché le détecteur, la fenêtre a donc été crée.

Exemple avec ouverture de fenêtre suite à une détection de température.

/ Simulation Incendie
/ Cours 6.2 - FDS
/ Version 1.00 du 15-3-2007
/ Détecteur de température - PL Lamballais pour flashover.fr
/ Durée totale 7 minutes

&HEAD CHID='test_62',TITLE='Test Cours 6.2 pour flashover.fr' /
&GRID IBAR=8,JBAR=12,KBAR=5 / Nombre de cellules en x, y, z
&PDIM XBAR=4,YBAR=6,ZBAR=2.50 / Dimensions en mètres
&TIME TWFIN=420.0 / Durée de la simulation (420 = 7 min)

/ Combustible: bloc de mousse synthétique
&SURF ID = 'UPHOLSTERY'
FYI = 'Fleischmann and Chen, 100% acrylic'
C_DELTA_RHO = 1.29
TMPIGN = 280.
DENSITY = 40.0
RGB = 0.53,0.38,0.35
BURN_AWAY = .TRUE.
BURNING_RATE_MAX = 0.03
HEAT_OF_VAPORIZATION = 1500.
HEAT_OF_COMBUSTION = 30000. /

/ Ouverture du VENT de façade pour l'extraction des fumées
&VENT CB='YBAR0', SURF_ID='OPEN' /

&OBST XB= 0, 4, 2, 2.50, 0, 2.50 / Façade
&HOLE XB= 2.50,3.50,2,2.50,0,2 / Porte ouverte
&HEAT XYZ=1.50,2.50,2.00, ACTIVATION_TEMPERATURE=200.,LABEL='fenetre' / Détecteur de Temp.

/ Bloc de mousse pour le feu
&OBST XB= 1.0,3.0,5.0,6.0,0.0,0.50, RGB=0.3,0.3,0.3, SURF_ID='UPHOLSTERY' /

/ Fenêtre brisée par la chaleur
&HOLE XB=0.5,2.00,2,2.50,1.00,2.00, HEAT_CREATE='fenetre' /

/ Source de chaleur sous la mousse
&PART ID='tracers',MASSLESS=.TRUE. /
&SURF ID='BURNER',PART_ID='tracers',HRRPUA=1000./ Ignition source
&VENT XB= 0.5,1.5,4.5,5.0,0.0,0.0, SURF_ID='BURNER' /

&BNDF QUANTITY='GAUGE_HEAT_FLUX' / Flux de chaleur
&BNDF QUANTITY='WALL_TEMPERATURE' / Température des murs (surfaces)
&BNDF QUANTITY='BURNING_RATE' / Perte de masse par unité

Les thermocouples
L'évolution d'un incendie met en jeu des différences de pressions, de températures, de compositions gazeuses etc... dans les cours précédents, nous avons vu que FDS pouvait sauver de nombreuses informations par le biais des fichiers « Plot3D ». Mais comme ces fichiers contiennent des informations pour tout le volume, leur sauvegarde est longue, complexe, et FDS n'en génère que de temps à autre. Si nous souhaitons suivre précisément l'évolution de température d'un point, le fichier Plot 3D ne suffira pas donc pas. Dans la réalité d'une simulation, nous plaçons des thermocouples, c'est-à-dire des sortes de thermomètres qui vont mesurer la température à un endroit précis. Dans FDS, nous ferons la même chose. Le thermocouple se définit un peu comme le détecteur de fumée ou de chaleur, avec des coordonnées X, Y, Z. C'est un point qui effectuera une mesure, à chaque tour de boucle du calcul. Un fichier sera généré dans lequel seront stockées toutes les valeurs. Ce fichier sera utilisable avec un tableur.

&THCP XYZ=0.5,2,2.5,QUANTITY='MASS FLOW',LABEL='MON_THCP1' /

Des thermocouples, pour mesurer quoi?
Dans le code du thermocouple, il y a un paramètre QUANTITY. D'habitude, avec des thermocouples, nous mesurons la température. Mais avec FDS, nous pouvons nous en servir pour mesurer autre chose. Ainsi avec, QUANTITY='carbon dioxide' le thermocouple mesurera le taux de dioxyde de carbone, avec QUANTITY='carbon monoxide', il mesurera le monoxyde etc... Pour mesurer simplement la température, nous mettons QUANTITY='TEMPERATURE'.

Format du fichier Thermocouples

Ce fichier s'appellera CHID_tc.csv (avec CHID valant la valeur que vous aurez indiquée dans votre code). Il aura le format suivant :

NTC
TIME , LABEL(1) , LABEL(2) , ... , LABEL(NTC)
TIME , QUANTITY(1) , QUANTITY(2) , ... , QUANTITY(NTC)
T(1) , TC(1,1) , TC(2,1) , ... , TC(NTC,1)
T(2) , TC(1,2) , TC(2,2) , ... , TC(NTC,2)

NTC = nombre de thermocouples. Vous pouvez en effet en placer autant que vous voulez.
LABEL(1), LABEL(2) etc... ce sont les noms de vos thermocouples.
QUANTITY(1), QUANTITY(2) etc... ce sont les indications sur ce qui a été mesuré
T(1), T(2), etc... ce sont les valeurs mesurées.

Dans l'exemple suivant, nous plaçons 8 thermocouples :

  • THCP1 : température juste en dessous de la fenêtre
  • THCP2 : température juste au-dessus de la fenêtre
  • THCP3 : monoxyde de carbone à 50cm du sol, centre de la pièce
  • THCP4 : monoxyde de carbone à 1m du sol, centre de la pièce
  • THCP5 : monoxyde de carbone à 1.50 m du sol, centre de la pièce
  • THCP6 : visibilité à 50cm du sol, à 1 m de la fenêtre
  • THCP7 : visibilité à 1m du sol, à 1 m de la fenêtre
  • THCP8 : visibilité à 1.50m du sol, à 1 m de la fenêtre

/ Simulation Incendie
/ Cours 6.3 - FDS
/ Version 1.00 du 15-3-2007
/ Thermocouples - PL Lamballais pour flashover.fr
/ Durée totale 7 minutes

&HEAD CHID='test_63',TITLE='Test Cours 6.3 pour flashover.fr' /
&GRID IBAR=8,JBAR=8,KBAR=5 / Nombre de cellules en x, y, z
&PDIM XBAR=4,YBAR=4,ZBAR=2.50 / Dimensions en mètres
&TIME TWFIN=420.0 / Durée de la simulation (420 = 7 min)

/ Combustible: bloc de mousse synthétique
&SURF ID = 'UPHOLSTERY'
FYI = 'Fleischmann and Chen, 100% acrylic'
C_DELTA_RHO = 1.29
TMPIGN = 280.
DENSITY = 40.0
RGB = 0.53,0.38,0.35
BURN_AWAY = .TRUE.
BURNING_RATE_MAX = 0.03
HEAT_OF_VAPORIZATION = 1500.
HEAT_OF_COMBUSTION = 30000. /

/ Bloc de mousse pour le feu
&OBST XB= 0.0,1.0,1.0,3.0,0.0,0.50, RGB=0.3,0.3,0.3, SURF_ID='UPHOLSTERY' /

/ Fenetre pour ventiler le feu
&VENT XB=1.5,3.0,0.0,0.0,1.00,2.00, SURF_ID='OPEN' /

/ Source de chaleur sous la mousse
&PART ID='tracers',MASSLESS=.TRUE. /
&SURF ID='BURNER',PART_ID='tracers',HRRPUA=500./ Ignition source
&VENT XB= 0.5,1.5,2.5,3.5,0.0,0.0, SURF_ID='BURNER' /

/ Les thermocouples
&THCP XYZ=2.50,0,1.50,QUANTITY='TEMPERATURE',LABEL='THCP1' /
&THCP XYZ=2.50,0,2.00,QUANTITY='TEMPERATURE',LABEL='THCP2' /
&THCP XYZ=2.50,2,0.50,QUANTITY='carbon monoxide',LABEL='THCP3' /
&THCP XYZ=2.50,2,1.00,QUANTITY='carbon monoxide',LABEL='THCP4' /
&THCP XYZ=2.50,2,1.50,QUANTITY='carbon monoxide',LABEL='THCP5' /
&THCP XYZ=2.50,1,0.50,QUANTITY='visibility',LABEL='THCP6' /
&THCP XYZ=2.50,1,1.00,QUANTITY='visibility',LABEL='THCP7' /
&THCP XYZ=2.50,1,1.50,QUANTITY='visibility',LABEL='THCP8' /

&BNDF QUANTITY='GAUGE_HEAT_FLUX' / Flux de chaleur
&BNDF QUANTITY='WALL_TEMPERATURE' / Température des murs (surfaces)
&BNDF QUANTITY='BURNING_RATE' / Perte de masse par unité

La prochaine fois
La prochaine fois, nous verrons la mise en place d'autres éléments permettant d'effectuer des mesures sur tout un plan, et nous verrons aussi comment modéliser un backdraft, ce qui nous permettra de voir que. ça ne peut pas marcher dans la version 4 de FDS !


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Re: Modélisation - FDS & Smokeview (VI) (Score: 1)
par legall.stephane.hse le 13 janvier 2011 à 10:53:39
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Bonjour! :)

Felicitation pour ces posts qui sont très bien fait d'ailleurs!

Petite question : Peux-t-on créer des mur blique? Je m'explique, tout n'est pas rectangulaire (angle droit entre les murs) dans la vie donc je me demande si l'on peut faire de l'oblique!

Merci par avance pour la réponse!


 
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