haku: @keyword genetic algorithm / yhteensä: 21
viite: 9 / 21
| Tekijä: | Matala, Anna |
| Työn nimi: | Estimation of solid phase reaction parameters for fire simulation |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2008 |
| Sivut: | 87 s. + liitt. Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Matematiikan ja systeemianalyysin laitos |
| Oppiaine: | Sovellettu matematiikka (Mat-2) |
| Valvoja: | Ehtamo, Harri |
| Ohjaaja: | Hostikka, Simo |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark T80 | Arkisto |
| Avainsanat: | fire simulation pyrolysis oxidation Fire Dynamics Simulator (FDS) genetic algorithm palosimulointi pyrolyysi hapettuminen FDS geneettinen algoritmi |
| Tiivistelmä (fin): | Laskennallisista ohjelmistoista on tullut oleellinen osa palotekniikkaa ja tutkimusta. Etenkin suuren mittakaavan palokokeet ovat usein kalliita tai mahdottomia toteuttaa käytännössä, ja tällöin paloja voidaan mallintaa erilaisilla simulaatioohjelmilla. Palon leviämisen mallintamiseksi on tunnettava materiaalin kiinteän olomuodon reaktiot lämmitettäessä. Mallinnuksessa tulisi ottaa huomioon sekä materiaalin lämmönsiirto että kiinteän faasin reaktiot. Materiaalien lämpöhajoaminen riippuu vahvasti lämpötilasta ja sitä voidaan mallintaa käyttämällä Arrheniuksen yhtälöä. Yhtälön parametrit määräävät kullekin materiaalille ominaisen kinetiikan. Materiaalin termiset ominaisuudet määräytyvät lämmönjohtavuusyhtälöiden ja termisten parametrien mukaisesti. Nämä parametrit riippuvat osittain käytetystä mallista, eivätkä tavallisesti ole yleisesti tunnettuja. Parametreja voidaan estimoida sovittamalla malli kokeelliseen dataan. Suuren vaihtelualueen takia niitä voi olla hankalaa löytää suoraan arvaamalla, joten tarvitaan tehokas estimointimenetelmä. Tässä työssä käytetään parametrien estimointiin geneettistä algoritmia, jota muokataan erityisesti palosimuloinnille tärkeiden parametrien löytämiseksi. Tämän lisäksi tarjotaan käytännöllisiä menetelmiä alkuarvojen ja estimointivälien etsimiseen. Useiden palotekniikan kannalta kiinnostavien materiaalien lämpöhajoamista tutkitaan ja mallinnetaan etsimällä kineettiset ja termiset parametrit. Myös vaihtoehtoisia reaktiopolkuja tarkastellaan. Simuloitu data luodaan käyttämällä NIST:n ja VTT:n kehittämää FDS (Fire Dynamics Simulator) - ohjelmistoa, joka on yksi eniten käytetyistä palosimulointiohjelmista. Työssä tutkitaan myös hapettumisen mallinnusta, koska se on aiemmin jätetty pois useimmista palosimuloinneista. Hapettuminen on eksoterminen pintareaktio, joka esiintyy palamisen loppupuolella kuluttaen hiiltynyttä pintaa. Hapettumisen malleja etsitään kirjallisuudesta, ja niiden toimintaa testataan lisäämällä hapettumisreaktio FDS:n lähdekoodiin. Toistaiseksi keskitytään vain kiinteän olomuodon ilmiöihin. Ensimmäistä kertaa kiinteän olomuodon parametreja tutkitaan näin laajasti ja järjestelmällisesti. Tämän tutkimuksen hyöty palotutkimukselle onkin suuri. Tulokseksi saadaan toimivia menetelmiä ja täsmällisiä malleja suoraan hyödynnettäviksi palosimuloinneissa. |
| Tiivistelmä (eng): | Numerical simulation programmes have evolved to become an essential part of fire engineering and research. There role is especially valuable where large scale tests are too expensive or impossible to carry out. To correctly model fire spread, one has to know the behaviour of the material solid phase when heated. The modelling should consider both heat transfer and the solid phase reactions of the material. The thermal degradation of material is highly dependent on temperature, and it can be modelled by using the Arrhenius equation. The parameters of this equation define the kinetics of the material. The thermal properties of a material are determined by the heat conduction equation and thermal parameters. These material specific parameters are not commonly known. The parameters are estimated by comparing the resulting modelled values using the parameters against experimental data. Because of the large range of possible values, it may be both time consuming and demanding. Consequently an effective estimation method is needed. In this research, the parameters are estimated using genetic algorithm that is successfully applied especially for finding the important parameters for fire simulations. Practical methods for finding initial values and ranges are also offered. The thermal degradation of various interesting materials for fire simulation are studied and modelled by finding the kinetic and thermal parameters. In addition a number of different reaction schemes are considered. The simulated data is generated by FDS (Fire Dynamics Simulator) programme, which is one of the most commonly used fire simulators in the world. The study also includes a research of modelling the oxidation reaction. Oxidation is an exothermic surface reaction that occurs at the end of combustion. Until now, it has been neglected from the fire simulations. Models for oxidation have been obtained from a literature search, and then tested by adding the oxidation reaction to FDS source code. At present only solid phase reactions have been taken into account. For the first time the solid phase parameters are studied this extensive and systematic. This research has a great impact on the fire research. The results of this study offer workable methods and accurate models for being directly utilized in the fire simulations. |
| ED: | 2009-02-18 |
INSSI tietueen numero: 36764
+ lisää koriin
INSSI