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Simulazione incendio: Come definire il dominio di calcolo in FDS

Il Fire Dynamics Simulator (FDS) è un modello sviluppato dal NIST (National Institute of Standard and Technology) e simula l'incendio e ne predice gli effetti, cui è associato Smokeview, un post-processore grafico che può essere utilizzato per analizzare i dati prodotti da FDS.

L’importanza di definire un corretto dominio di calcolo per un ottimale utilizzo del software FDS

A cura dell'Associazione FIRE PRO

Il Fire Dynamics Simulator (FDS) è un modello sviluppato dal NIST (National Institute of Standard and Technology) e simula l'incendio e ne predice gli effetti, cui è associato Smokeview, un post-processore grafico che può essere utilizzato per analizzare i dati prodotti da FDS.
FDS permette la modellazione dell'incendio a partire da un database di materiali standard, distribuito con il programma, ma consente all'utente l'introduzione di nuovi materiali definiti in base alle caratteristiche chimico-fisiche ed ai dati di incendio sperimentali. La dinamica dell'incendio è poi simulata in base ai parametri che caratterizzano ciascun materiale presente nel dominio di simulazione, ciascuno con le proprie caratteristiche di infiammabilità e combustione o di reazione all'incendio. Infatti, in base a questi dati, FDS risolve numericamente (con un metodo ai volumi finiti) le equazioni che modellano la reazione di combustione ed i fenomeni di trasporto, tenendo conto dinamicamente delle mutue interazioni tra i processi.
 
Tutti i calcoli di FDS devono essere eseguiti all’interno di un dominio, realizzato con volumi rettilinei chiamati meshes (maglie). Ogni mesh é divisa in parallelepipedi regolari, il numero dei quali dipende dalla risoluzione desiderata per descrivere la dinamica del flusso. In FDS il gruppo &MESH definisce il dominio computazionale. Una maglia é un singolo parallelepipedo, come una scatola. Le coordinate di sistema all’interno della maglia si uniformano alle regole della mano destra. Il punto di origine di una maglia é definito dal primo, terzo e quinto valore del sestetto di numeri XB, l’angolo opposto é invece definito dal secondo, quarto e sesto valore. Per esempio:
&MESH IJK=10,20,30, XB=0.0,1.0,0.0,2.0,0.0,3.0 /
definisce una maglia che estende il suo volume iniziando dall’origine e allungandosi per un metro nella direzione x positiva, 2 metri nella direzione y positiva, e 3 metri nella direzione z positiva.
La maglia é suddivisa in celle uniformi tramite il parametro IJK. In questo esempio la maglia é suddivisa in cubi con lati di 10 centimetri.
Qualsiasi oggetto solido (obstruction) o presa d’aria che si estendano oltre il limite della maglia, vengono escluse dalla simulazione. Non é infatti possibile definire oggetti posizionati esternamente alla maglia componente il dominio di calcolo: questi oggetti non appariranno nemmeno nella visualizzazione di Smokeview.
 
E’ importante specificare che le celle della maglia devono essere per quanto possibile dei cubi, cioè la lunghezza, larghezza ed altezza delle celle dovrebbero essere pressappoco le stesse.

Dato che una parte importante del calcolo è effettuato utilizzando un risolutore di “Poisson”, basato sulla trasformata veloce di Fourier (FFTs = Fast Fourier Transforms) nelle direzioni y e z, la seconda e terza dimensione della maglia devono essere definite nella forma 2lx 3mx 5n, dove l, m ed n sono numeri interi. 

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