Simulação numérica do comportamento térmico de compartimentos sujeitos a incêndios localizados

• Autor(a) principal: Caiado, Nuno
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/8235
• topic: Condução de calor; Diferenças finitas; Elementos finitos; Programação; Incêndio; Eurocódigos

O presente trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de um método computacional que permita modelar a distribuição das temperaturas no interior de uma laje em betão simples sujeita a um incêndio localizado. Resolveu-se numericamente as equações de transferência de calor através de diferenças finitas e de elementos finitos. Os algoritmos desenvolvidos foram implementados em linguagem OCTAVE. Numa primeira fase validaram-se os vários aspetos da simulação (esquemas de discretização, tipos de condições de fronteira, etc…) em pequenos problemas existentes na literatura. Numa segunda fase adaptaram-se os algoritmos à modelação do comportamento térmico de uma viga em betão e compararam-se os resultados obtidos com os resultados provenientes da mesma simulação através do software comercial ANSYS®. Em ambos os casos consideraram-se propriedades do betão, como o calor específico, massa volúmica e condutividade térmica, dependentes da temperatura tal como especificado nas normas do Eurocódigos. Os resultados obtidos pelo método dos elementos finitos e pelo método das diferenças finitas, embora não sejam iguais, estão em consonância. Mostram também a mesma tendência quando se mudam as dimensões da malha. Verifica-se que quanto maior for o número de subintervalos escolhidos na direção vertical maiores são os valores das temperaturas finais. Para a obtenção dos efeitos térmicos resultantes do incêndio localizado utilizou-se uma taxa de libertação de calor modelada por uma curva de incêndio “segura” de um veículo utilitário. O fluxo de calor incidente na laje de betão foi igualmente calculado através das fórmulas indicadas no Eurocódigo. Em alternativa à curva de incêndio foi também feita uma simulação das temperaturas resultantes do incêndio através do software FLUENT®. Contudo os resultados desta simulação não foram conclusivos e como tal não foram utilizadas para descrever as temperaturas na parte inferior da laje. The present work has as main objective the development of a computational method that allows modeling the distribution of temperatures inside a plain concrete slab subjected to a localized fire. The equations of heat transfer across a finite difference and finite elements were solved numerically. The developed algorithms were implemented in OCTAVE language. Initially it was validated up the various aspects of the simulation (discretization schemes, types of boundary conditions, etc ...) in small problems in the literature. In a second stage it was adapted algorithms for modeling of the thermal behavior of a beam of concrete and compared to the results obtained with results from the same simulation using the commercial software ANSYS®. In both cases were considered concrete properties, such as specific heat, density and thermal conductivity, temperature dependent as specified in standards Eurocodes. The results obtained by the finite element method and the finite difference method, although not identical, are consistent. Also show the same trend when changing the dimensions of the mesh. It is found that greater the numbers of subintervals chosen in the vertical direction are higher the values of final temperature. To obtain the thermal effects resulting from localized fire, it was used a "safe" heat release rate curve modeled by a fire of a utility vehicle. The heat flux incident on the concrete slab was also calculated using the indicated formulas in Eurocode. Alternatively to fire curve it was also performed a simulation of the temperatures resulting from the fire using the software FLUENT®. However the results of this simulation were inconclusive and as such have not been used to describe the temperature at the bottom of the slab.