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Brandschutz

Im industriellen Umfeld besteht häufig das Risiko des Entweichens von leicht entzündbaren Flüssigkeiten bzw. des Entstehens von explosiven Gasgemischen. Vorbeugende Maßnahmen und frühzeitige Entdeckung von Schwachstellen haben deshalb höchste Priorität. CFX bietet kosteneffektive und genaue Verfahren zum Entwurf von effizienten Belüftungs- und Frühwarnsystemen.

Sollte trotz aller Vorkehrungen ein Brand ausbrechen, müssen die Überlebensfähigkeit der Betroffenen sichergestellt und geeignete Fluchtmöglichkeiten für eine hinreichende Zeit gewährleistet sein. Dazu ist die detaillierte Kenntnis der komplexen physikalischen Phänomene - Wärmetransport, Verbrennung, thermische Strahlung, Rauchausbreitung, etc. - im Brandfall notwendig. Diese Informationen werden von CFX seit vielen Jahren zuverlässig geliefert.

Geschwindigkeitsverteilung und Rauchausbreitung eines Feuers in einer Lagerhalle. Mit freundlicher Genehmigung von Colt Technology BV, Niederlande.

Analysis of subway fire ventilation
Pool fire modelling
Validation of CFX-5 for a compartment fire
CFX helps in ensuring safe power plant
Explosionen

In Zusammenarbeit mit der UK Health and Safety Executive (HSE) wurde ein umfangreiches Projekt zur Modellierung von Explosionen und Verpuffungen durchgeführt. Das Ziel von HSE waren speziell kleine und mittlere Explosionen. Potentielle Anwendungen sind z.B. der Entwurf von feuersicheren Behältern und die Optimierung von Flammenrückschlagsicherungen.

Im Rahmen dieses Projektes wurde die CFX-Software um eine Reihe von physikalischen Modellen zur Simulation von Explosionen erweitert. Die Ergebnisse sind in guter Übereinstimmung mit den Experimenten von HSE. Damit konnte gezeigt werden, dass CFX in der Lage ist, verschiedenste potentielle Gefahrenszenarien zuverlässig zu simulieren.

Explosion in einem Schalldämpfergehäuse.
Position der Flammenfront zu verschiedenen Zeitpunkten, eingefärbt mit der Temperatur.

Feuer- und Rauchausbreitung

Ein wesentlicher Teil der Sicherheitsanalyse besteht in der Untersuchung der Ausbreitung von Feuer und Rauch und deren Auswirkung auf benachbarte Gebäude. Durch Simulationen mit CFX kann die optimale Position von Rauchdetektoren und die Wirksamkeit von Sprinkleranlagen analysiert werden. Die Modelle können schnell modifiziert werden und erlauben somit eine effiziente Vorhersage von unterschiedlichen Szenarien.

CFX wurde unter anderem dazu verwendet, die Auswirkungen von Wind auf ein offenes Feuer auf einer Ölbohrplattform zu untersuchen. Das Ziel war, Druck, Temperatur und Rauchkonzentration in den Rettungsbereichen zu visualisieren und die Menge des eindringenden Rauches zu bestimmen, um die Sicherheit der Besatzung zu gewährleisten.

Derartige Untersuchungen ermöglichen die quantitative Beurteilung der Bedingungen, denen die Besatzung im Falle eines Unfalls ausgesetzt sind. Parametervariationen, z.B. von Windgeschwindigkeit und -richtung können schnell und effizient durchgeführt werden.

Zeitlicher Verlauf von Wachstum und Erlöschen eines Feuers im Maschinenraum eines Schiffes. Das Feuer beginnt an zwei Stellen und brennt für ca. 90s, bevor 18 Düsen in der Decke feine Wasssertröpfchen versprühen. Zehn Sekunden später ist das Feuer gelöscht.

Simulation eines Brandes auf einer Ölbohrplattform. Dargestellt sind Rauchausbreitung und Oberflächentemperaturen.

Anlagensicherheit

In vielen Ländern müssen die Betreiber von Industrieanlagen aufgrund von Auflagen seitens der Behörden eine Analyse des Gefährdungspotentials von Gasleckagen durchführen.

Die Framatome ANP GmbH hat in einem kürzlich durchgeführten Projekt die Auswirkungen von hypothetischen Undichtigkeiten in der Brennstoffzufuhr einer Gasturbine untersucht. Die Turbine ist von einem schalldämpfenden Gehäuse umschlossen, das über Ventilatoren belüftet wird. Für den sicheren Betrieb der Anlage musste sichergestellt werden, dass die Gassensoren ansprechen, bevor sich irgendwo im Gehäuse eine explosive Gaskonzentration bildet.

Die Berechnungen mit CFX haben gezeigt, dass Versperrungen im Bereich des Gasaustritts zu einer verminderten Vermischung, aber nicht zu einer Überschreitung der kritischen Gaskonzentration führen. Als Ergebnis der Berechnungen konnte eine optimierte Positionierung der Gassensoren erreicht werden.

Visualisierung der sich ausbreitenden Methanwolke in einem Turbinengehäuse. Mit freundlicher Genehmigung der Framatome ANP GmbH TGT1.

Strömungsfeld und Methankonzentration in einem Querschnitt des Turbinengehäuses. Mit freundlicher Genehmigung der Framatome ANP GmbH TGT1.