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CFD-Modell Feldmodell

Feldmodelle dagegen basieren auf dem z.B. in der Aerodynamik bewährten Konzept der Lösung der grundlegenden Gleichungen der Hydrodynamik. Sie erlauben eine zeit- und ortsaufgelöste Berechnung der Basisgrößen Druck, Dichte, Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur, welche den Wärmefluß und die Strömungsverhältnisse im Brandraum festlegen. Dazu wird der gesamte Bereich der betroffenen Räumlichkeiten in eine große Zahl (typischerweise mehrere zehntausend) Gitterzellen aufgeteilt, die sich an die tatsächliche Gebäudestruktur anpassen lassen.

Erhaltungsgleichungen zum Energie-, Impuls- und Stoffaustausch

Bei der theoretischen Beschreibung eines Brandes steht man vor zwei grundsätzlichen Problemen. Zum einen ist eine angemessene Modellierung der relevanten Quellterme, insbesondere der Verbrennungs- bzw. Wärmefreisetzungsrate, eine unabdingbare Voraussetzung jeglicher Brandmodellierung. Zum anderen muss die dynamische Wechselwirkung der Brandquellen mit der Umgebung, also der Energie-, Impuls- und Stoffaustausch, möglichst realitätsnah erfasst werden. Ein sehr grundlegender Ansatz, der es erlaubt, die wichtigsten Variablen zur Beschreibung der Brandentwicklung und Brandwirkung sowie der Ausbreitung von Verbrennungsprodukten als orts- und zeitabhängig zu berechnen, ist der auf der Lösung der hydrodynamischen Erhaltungsgleichungen basierende Feldmodellansatz (CFD-Modellierung). Dieser basiert auf den hydrodynamischen Grundgleichungen, die sich als ein nichtlineares System partieller Differentialgleichungen darstellen lassen.

Definition CFD

Unter einem Feldmodell, auch CFD (Computational Fluid Dynamics) Mo­dell genannt, ist ein Verfahren zu verstehen, wel­ches die in den hydro­dy­namischen Grundgleichungen enthaltenen Variablen (Druck, Tempera­tur, Dichte, Gasgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls Stoff­konzentrationen) als Funktion des Ortes und der Zeit berechnet. Dazu wird das Vo­lumen der zu be­han­delnden Gebäude- und Umgebungs­bereiche durch ein Netz rechtwinkliger Gitterzellen variabler Größe – angepasst an die Gebäude­stru­ktur, die Ventilationsverhältnisse und das Brandszenarium – überdeckt.

KOBRA-3D ermittelt die oben genannten und weitere die Brand­ent­wick­lung charakterisierende Größen als Lösungen der dreidimensiona­len hy­dro­dyna­mischen Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie. Man erhält mit diesem Ansatz ortsabhängige (lokale) und zeitabhängige Ergebnisse, so genannte Felder, welche das Brandszenarium in seiner dynamischen Entwicklung umfassend beschreiben. Dabei wird das je­weils vorhandene Lüftungssystem in die Beschreibung mit einbezogen, unter Berücksichtigung von sowohl natürlicher als auch erzwungener Ven­tilation.