A novel stochastic approach to study water droplet/flame interaction of water mist systems

Abstract

Analyzing the heat transfer effectiveness of fire suppression systems at droplet level through experimentation is difficult and costly. To overcome this issue, traditional Euleriain-Lagrangian model has been modified to track droplet histories in association with computational fluid dynamics (CFD) fluid models. This allows a comprehensive description of the flame interaction energy migration process of water droplets. The modified Eulerian-Lagrangian approach is adopted to trace every droplet parcel coupled with the fluid closure. Using the in-house code, the histogram of key parameters (e.g. temperature, velocity, mass, etc.) of droplets on microscopic level during suppression are obtained over time-iterations, then subsequently analyzed by statistical approaches, which made the concept of water utilization rate advocated for the first time. Through combination with other key parameters, this concept can effectively indicate the suppression efficiency at droplet level, and thus provide key insights to the design of water mist or more advanced systems. Among the cases studied, with similar suppression time, it is discovered that the water utilization rate can vary from 10% to 26%, based on different design. Tracing the transient movement and evaporation process of water droplets formulates a new approach to effectively study the heat transfer efficiency of water-based fire suppression systems.

On the Large Eddy Simulation Modelling of Water Suppression Systems Droplet Impact and Coverage Area

“…The sprinkler/mist nozzle is located at the centre of the room at a height of 2 m. The suppression systems were configurated according to numerical fire suppression studies on both fire sprinklers and water mist systems established by Liu et al [24,54,55], where the sprinkler configuration was verified by Bourque et al conducting bucket tests [56,57]. The detailed setup for the numerical model, including nozzle configuration, is summarised in Table 1.…”

Експериментальне Визначення Інерційності Спрацьовування Спринклерних Зрошувачів Автоматичних Систем Водяного Пожежогасіння

“…Ключові слова: автоматична система водяного пожежогасіння, спринклерний зрошувач, інерційність спрацьовування, лінійна швидкість розвитку пожежі, розрахункова площа для витрати води 1. Вступ Застосування спринклерних систем водяного пожежогасіння (СВПГ) забезпечує виявлення пожежі на ранній стадії з наступною її ліквідацією, що, у свою чергу, дозволяє уникнути значних матеріальних збитків як на промислових [1,2] так і на цивільних об'єктах [3]. Ефективність застосування таких систем формується ще на стадії проектування.…”

“…Найбільш достовірною математичною моделлю, що описує процеси розвитку пожежі та впливу на неї вогнегасної речовини [6] та системи вентиляції [7] є польова модель (computational fluid dynamics CFD), заснована на системі диференціальних рівнянь у частинних похідних. У такій постановці завдання одержання реальних значень параметрів розвитку пожежі в часі відноситься до класу NP складних завдань і її рішення вимагає значних обчислювальних ресурсів.…”

A multiphase approach for pyrolysis modelling of polymeric materials

“…In the past decade, computational fluid dynamics (CFD) have also been widely applied to studies in fire engineering to predict the pyrolysis process of solid materials (Chen et al, 2018a;Lin et al, 2021), fire propagation (Mallet et al, 2009;Rochoux et al, 2013;Chen et al, 2018b), fire suppression (Liu et al, 2020(Liu et al, , 2021, soot formation (Yuen et al, 2017;Wang et al, 2020a), and other fire phenomena (Sasaki et al, 2018;Yuen et al, 2018b;Wang et al, 2020b). Large eddy simulation (LES)-based fire field modelling has become the most dominant in numerical studies with popular fire codes such as Fire Dynamics Simulator (FDS) (McGrattan et al, 2013) and FireFOAM (Ding et al, 2015).…”