Avaliação de métodos matemáticos para obtenção da altura da camada de fumaça a partir de perfis verticais de temperatura em diferentes cenários de incêncio

Abstract

O presente trabalho consiste na simulação computacional, por meio do software Fire Dynamics Simulator, para avaliar diferentes métodos usados para determinar a altura da camada de fumaça a partir de perfis verticais de temperatura em diferentes cenários de incêndio. Nove cenários de incêndio reportados na literatura foram simulados, todos com altura da camada de fumaça obtida experimentalmente (tornando possível a avaliação dos métodos matemáticos para predizer a altura da camada de fumaça), incluindo casos relacionados a um átrio, edificação residencial, corredor subterrâneo e túnel, onde a validação das simulações foi realizada através de características fornecidas na literatura para cada um dos casos estudados. Foram utilizados 4 diferentes métodos para determinar a altura da camada de fumaça: método frequência de flutuação, método N-percentual (com a constante N variando de 10% a 50%), método padrão do FDS e método relação integral. A avaliação dos métodos baseou-se nas diferentes características dos cenários de incêndio estudados, como o tipo de exaustão (natural ou forçada), volume do compartimento, razão de aspecto do compartimento, e taxa de liberação de calor. A metodologia para emprego dos métodos frequência de flutuação e relação integral se mostrou mais propensa a desvios, visto que depende de um ajuste de curva para o perfil vertical de temperaturas para determinar a altura da camada de fumaça, sendo que os seus resultados foram, no geral, os menos precisos. Os métodos padrão do FDS e N-percentual foram os que forneceram os melhores resultados.

The presente work consisted on a computational simulation, using the software Fire Dynamics Simulator, to assess different methods used to determine the smoke layer height from vertical temperature profiles in fire scenarios with different characteristics. Nine fire scenarios from the literature were considered, all of them with smoke layer heights obtained experimentally (making it possible to assess the mathematical methods to predict the smoke layer height for each scenario), including cases related to an atrium, residential building, underground corridor and tunnel, where the validation of the simulations was performed using characteristics provided in the literature for each of these cases. Four different methods were used to determine the smoke layer height: buoyancy frequency method, N-percentage method (with the constant N ranging from 10% to 50%), standard method of FDS, and integral ratio method. The assessment of the methods was based on the different characteristics of the studied fire scenarios, such as the type of exhaust (natural or forced), volume of the compartment, aspect ratio of the compartment, and rate of heat release. The methodology for using the buoyancy frequency method and integral ratio method was more prone to deviations, since it depends on a curve fitting of the vertical temperature profile to determine the height of the smoke layer, and their results were, in general, the least accurate. The standard method of FDS and Npercentage were those that provided the best results.