11
Pe BITALA1, Václa NEVRLÝ2, Michal STŘIŽÍK3, Zdeněk ZELINGER4,
E a GRIGOROVÁ5
HYDRODYNAMICKÉ NESTABILITY PLAMENE ZKOUMANÉ
V LABORATORNÍM MĚŘÍTKU
HYDRODYNAMIC INSTABILITIES OF FLAME INVESTIGATED IN
LABORATORY SCALE
Abs ak
Plameny simulo ané labo a o ních podmínkách zah nují něk e é je y, k e é se
klíčo ým způsobem p oje ují aké případě eálného požá u. Jedním z ako ých enoménů
jsou í o é s uk u y a nes abili y plamene. Ten o příspě ek s učně sh nuje p oblema iku
zniku hyd odynamických nes abili p os ředí nepředmíseného plamene a předs a uje
pů odní ýsledky získané in ače eným snímko áním plamene labo a o ního pohá ko ého
hořáku a nume ickou simulací oho o plamene pomocí nás oje CFD modelo ání na Fakul ě
bezpečnos ního inžený s í.
Klíčo á slo a: nes abili y, plamen, pohá ko ý hořák, moni o o ání, nume ická simulace
Abs ac
Flames simula ed in labo a o y in ol e some phenomena, which a e o key impo ance
also in case o a eal i e. The o ical s uc u es and ins abili ies o l ame a e such he
examples. This con ibu ion b ie l y summa izes he o ma ion o hyd odynamic ins abili ies
in an en i onmen o nonp emixed l ame and p esen s he o iginal esul s ob ained by in a ed
imaging o labo a o y cup-bu ne l ame and nume ical simula ions o his l ame by he CFD
modelling ool a he Facul y o Sa e y Enginee ing.
Key wo ds: ins abili ies, l ame, cup bu ne , moni o ing, nume ical simula ion
Ú od
Labo a o ní s udie hyd odynamických nes abili plamene nacházejí na poli požá ně
bezpečnos ního inžený s í upla nění například při ý oji a es o ání so i s iko aných sys émů
de ekce požá u [1]. Vedle ěch o p ak ických aspek ů šak mohou hodně koncipo ané
expe imen y posky nou pods a né in o mace o základních p incipech přenosu epla a in e akce
hmo y a záření p os ředí plamene. Zá o eň se jedná o uži ečný zd oj da nu ných p o alidaci
nás ojů ma ema ického modelo ání požá u.
1 Ing., VŠB - TU Os a a, Fakul a bezpečnos ního inžený s í. Ka ed a požá ní och any a och any oby a els a,
Lumí o a 13, 700 30 Os a a - Výško ice, e-mail: pe [email p o ec ed]
2 Ing., Ph.D., VŠB - TU Os a a, Fakul a bezpečnos ního inžený s í. Labo a oř ýzkumu a managemen u izik,
Lumí o a 13, 700 30 Os a a - Výško ice, e-mail: acla [email p o ec ed]
3 Ing., Ph.D., VŠB - TU Os a a, Fakul a bezpečnos ního inžený s í. Labo a oř ýzkumu a managemen u izik,
Lumí o a 13, 700 30 Os a a - Výško ice, e-mail: [email p o ec ed]
4 doc. Ing., Ph.D., VŠB - TU Os a a, Fakul a bezpečnos ního inžený s í, Lumí o a 13, 700 30 Os a a -
Výško ice
5 Ing., VŠB - TU Os a a, Fakul a bezpečnos ního inžený s í. Lumí o a 13, 700 30 Os a a - Výško ice
12
Vznik a oz oj í o ých s uk u při požá ech
Pů od u bulen ního p oudění při požá ech za běžných podmínek spočí á přede ším
e znáši ém z ychlení zahřá ých zplodin hoření, k e é mají nižší hus o u než okolní zduch.
Vli em hyd odynamických nes abili znikajících na om o ozh aní se p os ředí plamene
při ozeně u áří komplexní í o é s uk u y, k e é jsou jedním z cha ak e is ických p oje ů
cho ání požá u. Pod obný k ali a i ní ozbo p ocesu o mo ání í o ých s uk u při požá ech
hořla ých kapalin podá á Tieszen e al. [2], přičemž u ádí ři zásadní p incipy sou isející
s o bou í o ých s uk u :
1. znik o ačního pohybu malých měří cích sou islos i s pří omnos í ozdílů
hus o a působením ek o u g a i ace (ba oklinická íři os );
2. ůs elko ozmě o ých í o ých s uk u (amalgamace a pá o ání);
3. u bulen ní kaskádní p oces ozpadu elkých í ů (p odukce malých í o ých
s uk u ).
Na základě eo ie podobnos i se p o popis u bulen ních oků yuží ají bez ozmě ná
cha ak e is ická čísla. Pomě ine ciálních a azkých sil při p oudění eku in popisuje dobře
známé Reynoldso o číslo (Re) e o mě (1):
(1)
kde u symbolizuje cha ak e is ickou ychlos [m.s-1], L cha ak e is ický ozmě [m]
a ν kinema ickou iskozi u [cm2.s-1]. V případě hyd odynamických nes abili induko aných
epelným znosem, esp. g adien em hus o na ozh aní mezi d ěma e ikálními p oudy, oří
zásadní silo ou složku působení g a i ačního pole. P o popis p oudění, kde nes abili y znikají
na základě oho o p incipu, se p o o použí á Richa dsono o číslo (Ri) obecně de i no ané
z ahem (2):
(2)
Zde je ρ∞ hus o a okolního p os ředí ( zduchu) [kg.m-3], ρp je hus o a média e znosném
p oudu [kg.m-3]. V om o kon ex u se může jedna o plyn lehčí než zduch, případně směs
zahřá ých eak an ů a p oduk ů hoření. V případě nepředmíseného plamene, kde se p oje ují
značné p os o o é nehomogeni y, lze jen ob ížně de i no a globální hodno u hus o y. Jako
hodné k i é ium zde p o o může slouži „počá eční“ Richa dsono o číslo, k e é cha ak e izuje
p oudění pouze mís ě yús ění pali a do hořáku, přičemž pla í z ah (3):
(3)
kde d je p ůmě o o u yús ění pali a [m] a u je počá eční ychlos p oudění pali a
[m.s-1]. Expe imen ální pozo o ání pulsujících plamenů poukázala na ko elaci mezi d ojicí
cha ak e is ických čísel, a o F oudeho číslem (F ) a S ouhalo ým číslem (S ), p o k e á pla í:
(4)
(5)
kde g je ího é z ychlení [m.s-2], a je cha ak e is ická ek ence znikajících
hyd odynamických nes abili [Hz].
Re . /uL



2
./( . )
p
Ri g d u
 


2
0 /
Ri g d u
2
/( . )F u L g
./S L u
13
Ce egen a Ahmed [3] sh omáždili ši okou škálu expe imen álních da získaných
pozo o áním nepředmíseného plamene za ůzno odých ok ajo ých podmínek ( ypů pali a,
ozmě ů hořáku, apod.). Empi ická zá islos = 1,5 d -½ s ano ená na základě ozbo u ěch o
da se čas o použí á p o odhad ek ence pulsace plamene při požá ech.
Ce egen a Dong [4] popisují z . a ikózní a sinuso ý ežim nes abili ( iz Ob ázek 1),
k e é se upla ňují zá islos i na pa ame ech p oudění pali a a ob ékajícího zduchu. Bylo
pozo o áno, že se z yšující se hodno ou Ri0 se li em os oucího ýznamu z lako ých sil
z yšuje p a děpodobnos ýsky u pulsace plamene e a ikózním ežimu.
Ob ázek 1: Schéma ické zachycení a ikózního a sinuso ého ežimu nes abili plamene
S udie hyd odynamických nes abili plamene labo a o ním měří ku
Přís up zaměřený na ýzkum yzikálních a chemických je ů labo a o ním měří ku je
yuží án celé řadě ědních disciplín a již řadu le aké při ýzkumu p ocesů hoření a hašení
obo u požá ně bezpečnos ních ěd [5]. Expe imen ální s udie hyd odynamických nes abili
plamene p o áděné na adap o aných zkušebních zařízeních labo a o ním měří ku umožnily
zkouma li změny ůzných ok ajo ých podmínek (pří odu pali a a zduchu, případně jiného
oxidačního činidla, ředění směsi, přída ek hasi a, a d.). Ten o přís up o něž posky l ozšířené
možnos i při yuži í nás ojů ma ema ického modelo ání a ys ě lení pods a y expe imen u na
základě pok očilých ýpoče ních simulací.
Významné s udie zabý ající se předmě nou p oblema ikou byly p o edeny na
s anda dizo aných hořácích ši oce použí aných a dobře známých oblas i požá ně
bezpečnos ních ěd a e ědecké komuni ě zabý ající se p oblema ikou spalo ání. Díky é o
s a egii je možné podmínky expe imen u přizpůsobi speci i ckému účelu, a zá o eň ěži
z předchozích pozna ků ědeckého zkoumání. Ten o ak o z yšuje mí u in e p e o a elnos i
naměřených da a použi elnos i ěch o ýsledků například p o účely kompa a i ních s udií a
s o nání s ýsledky ýpoče ních simulací. V dané sou islos i je po řeba zmíni zejména d a
ypo ě obdobné hořáky, k e é y ářejí oso ě syme ický laminá ní nepředmísený plamen:
- San o ů hořák;
- Pohá ko ý hořák.
San o ů hořák je pojmeno án po Robe u J. San o o i, k e ý oce 1983 publiko al
ýsledky měření sazo ých čás ic nepředmíseném plameni oho o hořáku [6]. Plynné pali o je
při áděno s řední ubicí hořáku. Ob okem je pak přes s y sí ě, skleněných kuliček a oš in
Sinuso ý eåim
Po ch us áleného
plamene
Roz oj oscilací
Va ikozní eåim
Po ch oscilujícího
plamene
14
při áděn lamina izo aný p oud zduchu. Plamen San o o a hořáku byl ozsáhle s udo án
sou islos i s p ocesy zniku, ůs u a oxidace sazo ých čás ic [6 - 10]. Zá o eň byl San o ů
hořák yuži p o s ano ení účinnos i hasi [11]. San o ů hořák bý á e spodní čás i yba en
akus ickým měničem ( ep oduk o em), k e ý slouží ke s abilizaci plamene „uzamknu ím“
pulsace plamene na požado ané ek enci.
Pohá ko ý hořák (cup bu ne ) s anda dizo aný no ma i ními předpisy ISO 14520-
1 [12] a NFPA 2001 [13] je běžně yuží án p o s ano ení účinnos i (e ek i ní hasební
koncen ace) plynných hasi . V předchozích publiko aných s udiích se u ádí, že pohá ko ý
hořák y áří oso ě syme ický, éměř laminá ní, nepředmísený (ob oko ý) plamen.
Bylo pozo o áno, že inhibice plamene pohá ko ého hořáku sou isí s hyd odynamickými
nes abili ami, jejichž oz ojem je dosaženo ýsledného uhasnu í. Lin e is, Takahashi a Ka a
[14 - 16] pod obně zkoumali en o p oces, přičemž apliko ali me ody snímání úzko-pásmo é
emise (chemiluminiscence CH adikálu) e idi elné oblas i, PIV (Pa icle Image Velocime y)
i ýpoče ní dynamiku eku in (CFD modelo ání). Ve s o nání se San o o ým hořákem jsou
plameni pohá ko ého hořáku li em ela i ně elkého p ůmě u yús ění pali a (d ni řní = 28 mm)
induko ána nízko ychlos ní pole p oudění. Ta o las nos implikuje nízká F oudeho čísla a
yzikální podobnos plamene pohá ko ého hořáku (upla ňujících se enoménů) se sku ečnými
požá y, zejména co se ýče požá u kaluže a nád že kapalných uhlo odíků. Tex následujících
kapi ol je ěno án popisu expe imen álního uspořádání, pos upu měření a ýpoče ní simulaci
pulsujícího plamene pohá ko ého hořáku za speci i ckých podmínek z olených p o y o účely.
Modi i ko aný pohá ko ý hořák če ně sys ému pří odu a egulace médií
Pohá ko ý hořák posky uje ši okou a iabili u možnos ech zkoumání
hyd odynamických nes abili plameni cha ak e izo aném nízkými F oudeho čísly. P o účely
s udií oho o ypu jsme p o edli dílčí modi i kace kons ukčním řešení pohá ko ého hořáku
na ho aném dle NFPA 2001 [13]. Ve s o nání s ím o s anda dem je zduch do hořáku,
našem případě z cen álního oz odu lako ého zduchu (komp eso u) nebo z lako é láh e,
při áděn řemi ho izon álními s upy s oz ečí 120°. Di uzo ( ýška 100 mm, ni řní p ůmě
75 mm) je z dů odu y oření o nomě ného p o i lu p oudění zduchu při ob ékání plamene
yplněn skleněnými kuličkami o p ůmě u 6 mm položenými na s ě d á ěného sí a. Vzduch
je do oho o p os o u při eden polyamido ými hadičkami o nějším p ůmě u 12 mm. Před
s upem do di uzo u je edení ozděleno polye yleno ými spojkami do příslušných ří ě í
napojených na mosazné zá i o é hadico é spojky.
Vedení pali a je řešeno polye yleno ými hadičkami ( nější p ůmě 6 mm). P o spojení
jedno li ých egulačních a měřících p ků jsou použi y s anda dizo ané spojky (Swagelok).
P ůchod pali a do ěla hořáku zajišťuje ne ezo á p ůchodka ins alo aná e e ikální ose
zařízení. Na cen ální ubus z ne ezo é oceli je nasazen a e l ono ou páskou u ěsněn yměni elný
ocelo ý pohá ek. V případě plynného pali a byl z dů odu zajiš ění o nomě ného („ op ha “)
p o i lu p oudění plynu pohá ek yplněn skleněnými kuličkami o p ůmě u 3 mm, na něž byla
položena s a d á ěného sí a z ne ezo é oceli ( elikos oka 0,4 mm; p ůmě osno ního d á u
0,22 mm; 41 jedno ek Mesh).
Pů odní zkušební ses a a pohá ko ého hořáku (dle [12]) je našem případě na íc
doplněna o možnos použi í plynného pali a. V komuni ě požá ně-bezpečnos ních ěd je jako
s anda dní pali o p o pohá ko ý hořák čas o yuží án n hep an (n-C7H16). Nicméně p o u o
p áci jsme použili plynné pali o, a o e ylen (C2H4), k e ý je yuží án e ědecké komuni ě
zabý ající se p oblema ikou spalo ání p o s udie s í i ého ( ysoce sazo i ého) plamene
labo a o ních podmínkách.
15
Moni o o ání nes abili plamene pohá ko ého hořáku
Snímko ání plamene pohá ko ého hořáku bylo ealizo áno pomocí in ače ené
kame y Elec ophysics PV320L2ZE yuží ající py oelek ický FPA (Focal Plane A ay)
de ek o . Op ické ZnSe okénko řazené mezi de ek o a o očný elemen kame y umožňuje
zachycení epelného záření ela i ně ši okém ozsahu lno ých délek. P o měření byl
yuži 35 mm objek i s in eg o anou manuálně nas a i elnou clonou. Mezi clonou a k ycím
okénkem de ek o u byl p o omezení ozsahu spek ální ci li os i sys ému umís ěn spek ální
pásmo ý i l umožňující minimalizo a in enzi ní příspě ky emise a abso pce plynných specií
plameni. Signál zachycený na yb aném spek álně omezeném ozsahu lno ých délek (3,75
- 4 μm) odpo ídá pouze příspě kům spoji ého záření (emise/abso pce) sazo ých čás ic. Ú o eň
signálu p o každý ob azo ý pixel zá isí na délce p ůchodu p os ředím plamene a jeho lokálních
op ických pa ame ech. V daném případě se jedná o unkci eplo y a koncen ace sazo ých
čás ic na příslušné op ické d áze.
Zob azo aná oblas zaujímala přibližně 120 mm e e ikálním smě u. V daném
uspořádání ak bylo dosaženo p os o o ého ozlišení přibližně 2 pixely na milime , zn.
0,5 mm/pixel. Časo é ozlišení bylo oleno s ohledem na dynamiku pozo o aného plamene.
Byla použi a nej yšší ek ence snímko ání, jakou do oluje použi ý yp IR kame y. Při om
byl zaznamená án každý okamži ý snímek. Vli em kolísání okamži é ek ence o očného
pře ušo ače („choppe u“) šak nebylo dosaženo plné ychlos i snímko ání odpo ídající
s anda du PAL (50 Hz), nýb ž jen přibližně 45 snímků za eřinu.
Ob ázek 2: Výsledky měření. Rep ezen a i ní sek ence d ace i expe imen álně s ano ených
snímků plamene e ylenu zachycující přechod ze sinuso ého (nahoře) do a ikozního ežimu
nes abili y (dole)
120 mm
40 mm
=
0
= 0
= +22ms
0
= + 22 ms
0
= +44ms
0
= + 44 ms
0
...
= + 264 ms
0
= + 264 ms
0
...
= + 220 ms
0
= + 220 ms
0
= + 242 ms
0
= + 242 ms
0
120 mm
40 mm

16
Ob azo á da a získaná záznamem in ače ených snímků byla pře áděna hloubce
14-bi in e ním A/D pře odníkem in ače ené kame y a přes USB 2.0 ozh aní přenášena
do PC. Digi ální sek ence in ače ených snímků zaznamená ány uži a elském p os ředí
so wa e Veloci y a kon e o ány na ideosek ence obsahující 1200 snímků (AVI soubo y
kódo ané bezz á o ou komp esí pomocí kodeku Hu YUV). Z ěch o ideosek encí byla
yb ána sé ie d ace i po sobě následujících snímků plamene e ylenu (Ob ázek 2).
Expe imen ální měření bylo p o áděno p ůběhu přibližně 2 minu při p ů oku pali a
(C2H4) Q , = 1 l/min a p ů oku zduchu Q ,a = 30 l/min. Ty o hodno y ycházejí z odeč u
z příslušných o ame ů (Aalbo g). Lze předpokláda , že se hodno y p ů oků se p ůběhu
expe imen u nemění. Na základě přepoč u lze p o en o případ u či hodno u Ri0 dle (3)
následo ně (6):
(6)
Dané podmínky posky ují předpoklad p o přechodo ý ežim mezi jedno li ými ypy
nes abili . Ve yb ané sé ii snímků lze zře elně pozo o a přechod od asyme ického sinuso ého
módu nes abili k syme ické pulsaci oz íjejícím se a ikozním ežimu. Ne ý azný
ho izon ální pohyb zóny hoření e spodní čás i plamene je způsoben zřejmě důsledkem působení
ine ciálních sil. Vli em pomě ně ysoké ychlos i pali a (u = 2,7 cm/s) dochází k p e e enci
zniku nesyme ických l uk uací sinuso ém ežimu, jejichž příčinou šak mohou bý aké
nahodilé pe u bace p oudění okolí hořáku.
Us álený cha ak e plamene u pa y hořáku je spojen s neúplným oz ojem a ikozních
í o ých s uk u oblas ech ýše nad ok ajem hořáku (5 cm < HAB < 10 cm). To o cho ání
plamene je zapříčiněno aké chemickými las nos mi e ylenu jako pali a. Nepředmísený plamen
e ylenu se p oje uje neocho ou přecháze do pulsujícího ežimu hoření. Ta o sku ečnos je již
řadu le známa a expe imen álně byla pozo o ána na plameni San o o a hořáku. Tep e zcela
současně šak Ka a e al [10] p okázali, že en o enomén sou isí se znikem sazo ých čás ic
a yzařo áním epelné adiací ze zóny hoření.
Použi é expe imen ální echnika je založena p á ě na moni o o ání emise abso pce
sazí zóně hoření. Lze předpokláda , že s uk u a plamene u čená na základě é o me ody se
neshoduje s kon u ami eakční zóny, kde dochází k nejin enzi nějšímu u olnění epla li em
p obíhajících adikálo ých eakcí. Nicméně, lze kons a o a , že se jedná o echniku hodnou
p o zkoumání ýše disku o aných enoménů, k e á na íc umožňuje moni o o ání nes abili
plamene nejen labo a o ním měří ku.
Výpoče ní simulace nes abili plamene pohá ko ého hořáku
Výpoče ní simulace plamene p ezen o ané ámci oho o příspě ku byly p o edeny
p os ředí Fi e Dynamics Simula o ak uálně dos upné e zi (FDS 5.5.0). Jedná se o nás oj
CFD modelo ání y íjený s ohledem na p oblema iku o by a anspo u kouře a epla při
požá ech. Ten o model nume icky řeší o mu Na ie -S okeso ých o nic hodnou p o ýpoče
oků eku in při ela i ně nízkých ychlos ech induko aných li em epelného znosu.
Simulace plamene labo a o ního pohá ko ého hořáku byly p o áděny ežimu přímé
nume ické simulace (DNS). Pa ame y molekulá ního přenosu hmo y (di uzní koe i cien ),
epla (součini el epelné odi os i) a hybnos i (kinema ická iskozi a) byly p o každou buňku
ýpoče ní sí ě přímo ypočí á ány každém časo ém k oku simulace (Δτ = 0,1 ms).
22
0 . / 9,81.0,028 /0,027 377
Ri g d u 
17
Geome ie ýpoče ní oblas i byla z olena s ohledem na uspořádání expe imen u.
P o simulace byla yuži a homogenní ýpoče ní síť oso ě syme ickém (d oj ozmě ném)
uspořádání ořená č e co ými buňkami s elikos í s any 0,5 mm. Celko ě byla edy
ýpoče ní oblas , k e á zah no ala oblas od osy hořáku po nější h anu álce ob oku zduchu,
ozdělena e smě ech os x, y a z na 96×1×288 buněk.
Počá eční podmínky ýpoč u byly s ano eny ak, aby mezích chyby měření odpo ídaly
podmínkám expe imen u:
-Počá eční eplo a ( 0 = 25 °C)
-Počá eční lak (p0 = 98 500 Pa)
- Vlhkos zduchu (RH = 35 %)
-Počá eční ychlos e smě u osy z (w0 = 0,09 m/s)
Teplo a ocelo é s ěny pohá ko ého hořáku ( cup = 350 °C) byla s ano ena odhadem.
Jedná se o hodno u blízkou předpokladům Takahashiho, Lin e ise a Ka y [14 - 16], k eří
případě nume ických simulací pohá ko ého hořáku u ažo ali eplo u s ěny 600 K.
Ok ajo é podmínky byly de i no ány jako o e řené (nulo ý g adien eličin) na s ěnách
x = xmax a z = zmax. Na os a ních s ěnách (x = xmin a y = ymin i y = ymax) byla de i no ána podmínka
z cadlo é syme ie ak, aby ýpoče p obíhal oso é syme ii podle e ikální osy hořáku.
Zd ojo é p ky zduchu (ob ok) a pali a (hořák) byly de i no ány jako ok ajo á podmínka na
s ěně. Současně byla zadána e ikální ychlos p oudění ob ékajícího zduchu (ua = 0,09 m/s)
odpo ídající mezích expe imen ální chyby měřenému p ů oku zduchu (Q ,a). U olňo ání
pali a bylo z plochy pohá ku s ano eno ok ajo ou podmínkou hmo nos ního p ů oku
(Qm, = 0,03 kg/m2/s).
Chemická eakce byla e ýpoče ní simulaci cha ak e izo ána z . „mix u e ac ion“
modelem.
Bylo u ažo áno jednos upňo é (dokonalé) spalo ání e ylenu a odhadem u čeno, že 1 %
hmo nos i pali a je hořením ans o mo áno na sazo é čás ice, čemuž odpo ídají následující
s echiome ické koe i cien y:
Bilanční o nice p o sazo é čás ice není daným modelem explici ně řešena. Jedná se
edy o ap oximaci nekonečně ychlé chemické přeměny („mixed-is-bu ned“) pali a na p oduk y
hoření, k e á nezachycuje p ocesy o by, ůs u a oxidace sazo ých čás ic.
Ob ázek 3: Rep ezen a i ní sek ence dese i okamži ých snímků plamene e ylenu ( ýsledky
ýpoče ní simulace). Snímky zachycují ozložení eplo , přičemž če ná ba a symbolizuje
maximální eplo u
24 2 2 2
2,976 1 ,98 2 0,02 saze
CH O CO HO C
120 mm
35 mm
=
0
=
0
= +20ms
0
= + 20 ms
0
= +40ms
0
= + 40 ms
0
...
18
Výsky d ou ( éměř) o ožných snímků je možné naměřených (Ob ázek 2) i
simulo aných (Ob ázek 3) sek encích iden i i ko a časo ém in e alu ~100 ms. Na základě
izuálního s o nání snímků lze edy s ano i přibližnou ek enci pulsace plamene e
a ikozním ežimu ≈ 10 Hz.
Jak již bylo poznamenáno ýše ex u, pří omnos z ýšených koncen ací sazo ých čás ic
plameni a jejich epelná adiace zásadním způsobem o li ňuje cha ak e hyd odynamických
nes abili plamene. To je pa ně hla ním dů odem sku ečnos i, že na ozdíl od ýsledků
expe imen u se e ýsledcích ýpoče ní simulace p oje ují plně oz inu é í o é s uk u y.
O ěření é o hypo ézy by yžado alo implemen aci modelu popisujícího enomén o by, ůs u
a oxidace sazo ých čás ic. Lau enbe ge e al. [17] koncipo al submodel popisující znik a
oxidaci sazo ých čás ic a implemen o al jej e e zi FDS 2.0. Ten o model šak není ak uální
e zi FDS s anda dně uži a elsky dos upný.
Další možnos í přiblížení p edikce k expe imen álním ýsledkům je op imalizace
nas a ení pa ame ů modelu adiace a hyd odynamického modelu (např. P and lo a a
Schmid o a čísla). V ámci oho o k oku je šak hodné p o edení ci li os ní analýzy a
zhodnocení li u jedno li ých s upních da a pa ame ů ýpoč u na ýsledky modelu. Je aké
nu né poznamena , že za ok ajo é podmínky oso é syme ie není možné pos ihnou sinuso ý
ežim nes abili . P o o je pláno áno p o edení sé ie nume ických simulací oj ozmě né
geome ii.
Zá ě
P oje y u bulen ních s uk u ( í ů) a miho a ý cha ak e plamene jsou zcela zásadními
aspek y ealis ického popisu požá u. S udie p ezen o aná ámci oho o příspě ku pos ihuje
moni o o ání hyd odynamických nes abili me odou spek álně i l o aného in ače eného
snímko ání plamene a ýpoče ní simulaci. Expe imen ální pla o ma založená na
s anda dizo aném hořáku y ářejícím plameny s nízkým F oudeho číslem nabízí kombinaci
se z oleným pos upem sbě u a zp aco ání da elice slibný nás oj p o moni o o ání
hyd odynamických nes abili plamene s odpo ídajícím časo ým a p os o o ým ozlišením.
Tím o způsobem je možné získa cenná da a p o es o ání a alidaci nás ojů CFD modelo ání
požá ů, případně jejich submodelů. Nadále jsou pláno ány ýzkumné ak i i y o ien o ané
na oz oj echnik in ače ené diagnos iky plamene a zpřesňo ání p edik i ních schopnos í
ýpoče ních simulací plamene.
Poděko ání
Ten o příspě ek znikl díky podpoře p ojek u Speci i ckého ysokoškolského ýzkumu
č. SP/2010148 sch áleného ámci S uden ské g an o é sou ěže (SGS) Vysoké školy báňské
- Technické uni e zi y Os a a. Au oři dále děkují Minis e s u ži o ního p os ředí ČR za
podpo u ámci p ojek u SPII 1a10 45/07.
Použi á li e a u a
[1] THUILLARD, M. A new l ame de ec o using he la es esea ch on l ames and uzzy-
wa ele algo i hms, Fi e Sa e y Jou nal. 2002, 37, 371 - 380.
[2] TIESZEN, S.R.; NICOLETTE, V.F.; GRITZO, L.A.; HOLEN, J.K.; MURRAY, D.,
MOYA, J.L. Vo ical S uc u es in Pool Fi es: Obse a ion, Specula ion, and Simula ion.
SANDIA REPORT SAND 96-2607 UC-722. Albaqe que, 1996.
19
[3] CETEGEN, B.M.; AHMED, T.A. Expe imen s on he Pe iodic Ins abili y o Buoyan
Plumes and Pool Fi es. Combus ion and Flame, 1993, 93, 157 - 184.
[4] CETEGEN, B.M.; DONG, Y. Expe imen s on he ins abili y modes o buoyan di usion
l ames and e ec s o ambien a mosphe e on he ins abili ies. Expe imen s in Fluids.
2000, 28, 546 - 558.
[5] NEVRLÝ, V.; BITALA, P.; STRIŽÍK, M.; ZELINGER, Z.; DANIHELKA, P.; ZAVILA,
O.; KOLLÁRIK, T. Labo a o ní s udie plamene jako nás oj p o lepší po ozumění
p ůmyslo ým požá ům. Sbo ník ědeckých p ací Vysoké školy báňské - Technické
uni e zi y Os a a, řada bezpečnos ní inžený s í. 2008, 3 (1), 79 - 88.
[6] SANTORO, R. J.; SEMERJIAN, H. G.; DOBBINS, R. H. Soo pa icle measu emen s
in di usion l ames. Combus ion and Flame. 1983, 51, 203 - 218.
[7] SHADDIX, C.R.; HARRINGTON, J.E.; SMYTH, K.C. Quan i a i e Measu emen s o
Enhanced Soo P oduc ion in a Flicke ing Me hane/Ai Di usion Flame. Combus ion
and Flame, 1994, 99, 723 - 732.
[8] SHADDIX, C. R.; SMYTH, K. C. Lase -Induced Incandescence Measu emen s o Soo
P oduc ion in S eady and Flicke ing Me hane, P opane, and E hylene Di usion Flames.
Combus ion and Flame. 1996, 107, 418 - 452.
[9] SAPMAZ, H.; LIN, C.X.; GHENAI C. Measu emen s o soo olume ac ion in pulsed
di usion l ame by lase induced incandescence. Expe imen s in Fluids. 2008, 44, 137 -
144.
[10] KATTA, V.R.; ROQUEMORE, W.M.; MENON, A.; LEE, S.Y.; SANTORO, R.J.;
LITZINGER, T.A. Impac o soo on l ame l icke . P oceedings o he Combus ion
Ins i u e. 2009, 32, 1343 - 1350.
[11] SMYTH, K. C.; EVEREST, D.A. E ec o CF3I Compa ed o CF3B on OH and
Soo Concen a ions in Co-Flowing P opane/Ai Di usion Flames. P oceedings o he
Combus ion Ins i u e. 1996, 26, 1385 - 1393.
[12] ISO 14520-1. Gaseous i e-ex inguishing sys ems - Physical p ope ies and sys em
design. Gene e: In e na ional O ganiza ion o S anda diza ion, 2005.
[13] NFPA 2001. S anda d o Clean Agen Fi e Ex inguishing Sys eme. Quincy: Na ional
Fi e P o ec ion Associa ion, 2008.
[14] KATTA, V.R.; TAKAHASHI, F.; LINTERIS G.T. Supp ession o cup-bu ne l ames
using ca bon dioxide in mic og a i y. Combus ion and Flame. 2004, 137, 506 - 522.
[15] TAKAHASHI, F.; LINTERIS, G.T.; KATTA, V.R. Ex inguishmen mechanisms o
co l ow di usion l ames in a cup-bu ne appa a us. P oceedings o he Combus ion
Ins i u e. 2007, 31, 2721 - 2729.
[16] LINTERIS, G.T.; TAKAHASHI, F.; KATTA, V.R. Cup-bu ne l ame ex inguishmen by
CF3B and B 2. Combus ion and Flame. 2007, 149, 91 - 103.
[17] LAUTENBERGER, C.W.; DE RIS, J.L.; DEMBSEY, N.A.; BARNETT, J.R.; BAUM,
H.R. A simpli i ed model o soo o ma ion and oxida ion in CFD simula ion o non-
p emixed hyd oca bon l ames. Fi e Sa e y Jou nal. 2005, 40, 141 - 176.