آموزش گام به گام نرم افزار Pyrosim

مقدمه

آتش به عنوان پدیده‌ای که باعث پیشرفت بشریت در طول تاریخ شده است؛ شناخته می‌شود. اما آتش به همان میزیان که مفید بوده، برای انسان و طبیعت خطر آفریده و آسیب رسانده است. آتش سوزی‌های مناطق طبیعی و آتش سوزی ساختمان‌ها و مراکزی که انسان‌ها در آن کار و یا زندگی می‌کنند بعضا جبران‌پذیر نبوده‌اند.

مهندسان همواره در پی راه حل‌هایی برای پیش‌بینی و رفع خطر احتمالی ناشی از وقوع آتش‌سوزی هستند. شبیه‌سازی آتش به علت ماهیت پیچیده‌ی آن و اینکه بسیار تابع عوامل محیطی و در بعضی از مواقع غیرقابل پیش بینی است، کاری بسیار دشوار است. امروزه به کمک تکنولوژی و پیشرفت روزافزون آن، توانسته‌اند آتش را شبیه سازی کنند. کاری که تا چند دهه‌ی پیش بسیار سخت و طاقت‌فرسا و بعضا نشدنی می‌نمود.

بررسی رفتار آتش و دود در حادثه آتش سوزی در یک آمفی تئاتر

حریق یکی از پر تکرار ترین حوادث در سراسر دنیا شناخته شده است. به همین دلیل مطالعه رفتار آتش و دود از اهمیت زیادی برخوردار است. در طی سالیان از روش های مختلفی برای انجام این مطالعات استفاده شده است. اما یکی از ساده ترین روش هایی که در این زمینه به کمک متخصصین آمده است؛ استفاده از نرم افزار های شبیه سازیست. در حوزه حریق، یکی از شناخته شده ترین آن ها کد FDS  مخفف FIRE DYNAMIC SIMULATION  میباشد که به کمک آن می توانیم رفتار آتش و دود را تخمین بزنیم. در FDS اطلاعات به صورت کد وارد میشوند که این انجام شبیه سازی را سخت و طولانی و گاها با خطا مواجه می کند.

به منظور رفع این مشکل نرم افزار پایروسیم به عنوان یک رابط گرافیکی برای کد FDS ارائه شده که به ما کمک می کند اطلاعات را با سهولت، سرعت بیشتر و خطای کمتری وارد کنیم و شبیه سازی را انجام دهیم. این نرم افزار می تواند نتایج را به صورت انمیشن نشان دهد. بنابراین ما می توانیم به راحتی  رفتار آتش و نحوه حرکت دود را در محیط بررسی کنیم. ویدیویی که ملاحظه می کنید شبیه سازی دود در یک آمفی تئاتر است. اما کاربری پایروسیم تنها به این موارد محدود نمی شود.

شبیه سازی عملکرد دتکتورها و اسپرینکلرها با نرم افزار PyroSim

ما می توانیم در مدل مان انواع مختلف دتکتور، اسپرینکلر و نازل را تعریف کنیم و عملکرد آن ها را در افزایش سطح ایمنی ساختمان بررسی کنیم. در ویدیویی که ملاحظه می کنید؛ شبیه سازی حریق در یک ساختمان اداری نشان داده شده است. آتش از سایت کامپیوتر آغاز شده و با گذشت زمان شدتش رو به افزایش است. هم چنین گسترش دود و نفوذ آن به سایر اتاق ها را ملاحظه می‌کنید. این روند ادامه دارد تا در ثانیه 46 اسپرینکلر فعال شده و آتش اطفا می شود. با استفاده از نمودار ها، می توانیم تغییرات مقدار حرارتی که از این حریق به محیط اطراف آزاد شده است را بیابیم.

نمودار دوم نشان می دهد که در این مدل 19 تا اسپرینکلر در نقاط مختلف تعبیه شده است که اسپرینکلر 16 با توجه به موقعیتش، موجب اطفا حریق شده است. به این ترتیب ما می‌توانیم جا نمایی مناسب اسپرینکلر را در فضا مشخص کنیم.

سایر کاربردهای نرم افزار PyroSim

یکی از ویژگی های که این نرم افزار دارد؛ قابلیت شبیه سازی سیستم های تهویه و اچ بک است. این ویژگی منجر به این شده که از این نرم افزار برای بررسی تهویه تونل ها، پارکینگ ها، ایستگاه های مترو و ساختمان های بزرگ استفاده شود. در این ویدیو شبیه سازی سیستم جت فن را در یک پارکینگ ملاحظه می فرمایید. در نرم افزار پایروسیم امکان مشاهده نتایج به صورت کانتور سرعت وجود دارد که به کمک این ویژگی میتوانیم تغییرات سرعت را در صفحات مشخص با گذشت زمان بررسی کنیم. هم چنین امکان بررسی تغییرات سرعت به صورت برداری هم وجود دارد. به این ترتیب می توانیم جهت حرکت هوا یا گونه مورد نظرمان را بررسی کنیم. علاوه بر  این، کانتور غلظت قابل نمایش است و با استفاده از این قابلیت می توانیم عملکرد سیستم های تهویه را بسنجیم یا اینکه درصورت حریق، میزان آلاینده های ناشی از آن را اندازه بگیریم و غلظت هوا، دود، سوخت و گازهای مختلف را در مدل مشاهده کنیم.

افزایش سطح ایمنی ساختمان‌‌های‌ بلند با نرم افزار PyroSim

امروزه شاهد افزایش جمعیت در شهر های بزرگ هستیم که این افزایش جمعیت نیاز بیشتری برای سکونت ایجاد میکند و در نتیجه افزایش برج ها و ساختمان های بلند را در پی داشته است. از طرفی زمانی که حادثه ای خطرناک رخ میدهد؛ حفظ ایمنی افراد در ساختمان های مرتفع به مراتب دشوار تر است. در سال های اخیر به علت تعدد این ساختمان ها ایمنی آنها بسیار مورد توجه متخصصین قرار گرفته است. یکی از این خطراتی که انواع ساختمان ها به ویژه ساختمان های بزرگ را تهدید می کند؛ خطر حریق هست. نرم افزار پایروسیم چطور می تواند در ارزیابی سطح ایمنی ساختمان های بلند به ما کمک کند ؟

تصویری که ملاحظه میکنید مربوط در یک مرکز فرهنگی هست که در سال 2009، به دلیل آتش بازی به مناسبت سال نوی چینی دچار آتش سوزی میشود. یک نفر کشته و 7 نفر مصدوم میشوند. تحقیقات حاکی از گسترش بسیار سریع حریق در این ساختمان هست اگر به طراحی این ساختمان دقت کنید؛ متوجه طراحی شیار مانند آن خواهید شد. ویدیو شبیه سازی حریق در بیرون دو ساختمان با متریال یکسان و طراحی متفاوت این نکته را تایید میکند که طراحی ساختمان CCVT در چنین نقش به سزایی در پیش روی رشد آتش در ساختمان داشته است. تصویر دوم حریق در ساختمان برج سانتیا ماریا را نشان میدهد که منجر به کشته شدن 12 نفر شده است. علت این حادثه اشتعال یک نوع چسب گزارش شده است.

از آنجایی که ما در این نرم افزار امکان تعریف مواد با ویژگی های حرارتی مختلف داریم می توانیم ساختمان را از نظر نوع متریال ساخته شده ارزیابی کنیم و مناطق مستعد حریق را شناسایی کنیم تا بتوانیم برای آنها تمهیداتی را در نظر بگیریم. علاوه بر کانتور سرعت و فشار که در بخش های قبل بررسی کردیم؛ این نرم افزار میتواند کانتور فشار، دما، دید و موارد مختلف را به ما نشان دهد. بنابراین ما می توانیم پیش بینی کنیم در صورتی که یک سناریو حریق رخ دهد؛ کدام نقاط در ساختمان شرایط ایمن تری را دارد. هم چنین با توجه به  قابلیت هایی که در ویدیو های قبل اشاره کردیم می توانیم سیستم های تهویه و اعلام و اطفا حریق را در ساختمان ها بررسی کنیم. به نظر شما از نرم افزار پایروسیم در چه موارد دیگری می توانیم استفاده کنیم؟

شبیه سازی حریق در فضای باز با نرم افزار PyroSim

آیا از نرم افزار پایروسیم تنها برای شبیه سازی حریق در فضاهای بسته استفاده می شود؟

یکی از تنظیماتی که در نرم افزار پایروسیم وجود دارد؛ تنظیمات مربوط به environment هست. از این قسمت ما میتوانیم شرایط محیطی و آب و هوا را مثل دما، فشار، رطوبت و موارد مختلف را تنظیم کنیم. هم چنین در سطوح پیش رفته تر امکان تعریف سرعت و جهت باد وجود دارد. بنابراین می توانیم از این نرم افزار برای شبیه سازی حریق در محیط ها و فضاهای باز هم استفاده کنیم.

در ویدیو بالا همان طور که ملاحظه می کنید؛ از این نرم افزار برای شبیه سازی آتش در یک ورزشگاه، برای بررسی بحث آیرودینامیک اتومبیل و برای بررسی عملکرد سیستم اطفا حریق در یک محیط صنعتی استفاده شده است. در بخش های قبل دیدیم که میتوانیم تغییرات دما، فشار و سرعت و موارد مختلف را به صورت کانتور و در صفحاتی ملاحظه کنیم که به کمک این ویژگی می توانیم موارد گفته شده را در این فضاهای باز هم بررسی کنیم.

اما نکته دیگری که وجود دارد قابلیت تعریف ترموکوبل و دستگاه های اندازه گیری فاز گاز و جامد هست که این امکان را به ما میدهد که پارامتر های مربوط به حریق مثل انتقال حرارت، دما، غلظت آلاینده ها، HRR و موارد مختلف را به صورت نقطه ای اندازه بگیریم و نتایج مربوطه را به شکل نمودار های دو بعدی ملاحظه کنیم. هم چنین فایل اکسل این اطلاعات در اختیار ما گذاشته میشود که می تواند بسیار مفید واقع شود. این قابلیت ها نرم افزار پایروسیم را به ابزار پرکاربرد برای بررسی حریق و دود و تهویه تبدیل کرده است.

نحوه یادگیری آسان نرم افزار PyroSim

جهت افزایش سرعت شبیه سازی و جلوگیری از خطا های احتمالی الگوریتمی را طراحی کردیم که می توانید به کمک آن شبیه سازی را به آسانی و قدم به قدم انجام دهید. اولین قدم تعیین واحد است. برای مثال اگر اندازه ابعاد را بر حسب متر داشتیم از سیستم SI اگر بر حسب فوت داشتیم از سیستم انگلیسی استفاده می کنیم. دومین قدم وارد کردن نقشه یا فایل میباشد. ممکن است که نقشه این فضایی که می خواهیم شبیه سازی کنیم در اختیار ما باشد؛ استفاده از نقشه به ما کمک می کند که بتوانیم هندسه را با سهولت بیش تری به نرم افزار وارد کنیم. می توانیم نقشه را از قسمت Define floor location انتخاب کنیم و البته می توانیم برای هر طبقه یک نقشه مجزا در نظر بگیریم. علاوه بر این؛ در صورتی که فایل CAD مدل مان را داشته باشیم می توانیم از آن نیز استفاده کنیم.

نرم افزار پایروسیم از فایل های CAD با پسوند های مختلف پشتیبانی می کند. برخی را به صورت دو بعدی و برخی را به صورت سه بعدی می خواند. در ویدیو اول که شبیه سازی حریق در آمفی تئاتر را بررسی کردیم؛ برای ایجاد هندسه از فایل اتوکد سه بعدی که در اختیار داشتیم استفاد کردیم.

برای تخمین رفتار آتش، دود، دما و موارد مختلف دیگر نرم افزار معادلاتی را باید حل کند. زمانی که ما یک مدل داریم؛ این فضای بزرگ را به صورت فرضی به تعداد بسیار زیادی حجم های کوچک تر تقسیم می شوند و معادلات برای هر کدام از این ها حل می شود که به این کار مش زدن می گویند. هر چقدر تعداد این حجم ها بیش تر باشد نرم افزار معادلات بیش تری حل می کند و دقت بالاتر می رود. البته زمان هم طولانی میشود. در نتیجه گام بعد ایجاد مش است. مخصوصا زمانی که هندسه پیجیده ای نداریم یا از فایل های CAD برای وارد کردن هندسه مان استفاده کردیم. در این بخش سه گام نخست در شبیه سازی با نرم افزار پایروسیم را مورد بررسی قرار دادیم. به نظر شما چه مراحل دیگری باید طی شود که مدل مان کامل شود؟

معرفی نرم افزار پایروسیم

نرم افزار Pyrosim یک رابط کاربری گرافیکی برای شبیه سازی دینامیکی آتش FDS است که به کمک آن می‌توان آتش‌سوزی‌های پیچیده را مدل‌سازی و مدیریت کرد. FDS یک مدل بر اساس دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) برای جریان سیالات حامل آتش است. مدل شکلی از معادلات نویر-استوکس را که برای سیالات با سرعت کم با تاکید بر دود و انتقال حرارت از آتش به صورت عددی حل می‌کند.

با شبیه‌سازی آتش‌سوزی توسط این نرم افزار می توان پیش از وقوع به سوالاتی از این قبیل پاسخ داد:

• دمای گاز و محیط اطراف پس از آتش سوزی چقدر خواهد شد؟
• چه میزان دود تولید خواهد شد؟
• چه مقدار گرما آزاد خواهد شد؟
• دمای دیوارهای اطراف چقدر خواهد بود؟
• برای پیشگیری از وقوع آتش چه باید کرد؟
• بهترین مکان برای نصب آب پاش کجاست؟
• ردیاب‌های دود و آتش چه زمانی فعال شوند؟
• بهترین مکان برای قرار گرفتن درب فرار کجاست؟
• و…

آموزش مقدماتی نرم افزار PyroSim

در این نرم افزار چهار نما برای مشاهده و ویرایش وجود دارد.

• NAVIATION VIEW
• 3D VIEW
• 2D VIEW
• REPORT VIEW

مورد اول Naviation View یک نمای درخت مانند در سمت چپ تصویر است. هر چیزی که در این مدل تعریف شود؛ در این قسمت قابل مشاهده است. ما می‌توانیم با انتخاب و راست کلیک روی هرکدام از موارد اقدامات مختلف را انجام دهیم. انجام اصلاحات در این نما سریع تر و ساده تر است. بنابراین در طول شبیه سازی خیلی با این نما کار می‌کنیم.

نمای3D  یک تصویر سه بعدی از اجسام به ما می دهد و مشابه نمای Naviation View تغیرات و اصلاحات را می‌توانیم اعمال ‌کنیم. برای اینکه کاربرد این نرم افزار را بهتر نشان بدهم از فایل اتوکد یه ساختمان برای مدل استفاده می کنم. اولین ابزاری که ما بررسی می کنیم Camera View است. با این گزینه ما می توانیم نمای دوربین را تغیر دهیم و هندسه را از نمای مختلف بببینیم مثلا در حالت Reset to top نما را از بالا به ما نشان می‌دهد. در کنار این گزینه منو دیگری وجود دارد که ما می توانیم از آن نحوه نشان دادن اجسام را در یک مدل مشخص کنیم.

نمای Wire frame rendering فقط چارچوبی از اجسام را به ما نشان می دهد.

Navition Toolbar از چندین ابزار تشکیل شده است و ما از آنها برای انتخاب و حرکت در مدل استفاده می‌کنیم. با ابزار Tool Select می توانیم روی اجسام کلیک و انتخاب کنیم. با جا به جا کردن نقاط آبی رنگ که در گوشه‌ها قرار دارد؛ می توانیم ابعاد شی را تغیر دهیم یا با راست کلیک کردن تغیرات مختلف مثل کپی و جابه جایی و چرخش و حذف را اعمال کنیم یا دابل کلیک کنیم و صفحه ویژگی‌های شی باز شود و تغیراتی که مد نظر داریم  را اعمال کنیم ( دقت کنید که با انتخاب این شکل در نمای سه بعدی نمای Naviation View هم به صورت بولد نشان داده شده است).

 با ابزار Rotating می‌توانیم شی را بچرخانیم. با انتخاب یک شی و انتخاب گزینه Reset view to vesible آن شی را از نمای بالا ببینیم و روی  آن زون شود. قسمت GROUP به ما مدل‌ها و زیر مدل‌هایی که برای سازمان‌دهی بهتر مدل از آنها استفاده کردیم و تعریف کردیم؛ نشان می دهد.

گزینه Show Floor تعداد طبقاتی که در مدل تعریف کردیم را نشان می‌دهد. لازمه ایجاد تغیر در هر طبقه دلخواه، تعریف طبقات به صورت مجزا است.

قدرت و اعتبار نرم افزار پایروسیم

قدرت این نرم افزار در آن است که تمام این سوالات را به شکل بصری و گرافیکی پاسخ خواهد داد. خروجی‌ مهم نرم‌افزار، یک شبیه‌سازی از محیطی است که کاربر به نرافزار داده است. در این محیط  که Smokeview نام دارد کاربر تمام اتفاقاتی را که در حین آتش‌سوزی و پس از اتمام یا اطفای آن رخ می‌دهد را نظاره می‌کند. در عین حال کاربر می‌تواند در نقاط مختلف محیط دما را در هر زمان اندازه بگیرد. علاوه بر این‌ها نرم افزار به کمک حل معادلات خروجی‌های عددی متفاوتی را به عنوان نمودار به کاربر ارائه می‌دهد.

به طور کلی این نرم افزار برای

• محققین حوزه‌ی آتش
• مهندسان آتش
• طراحان سیستم امنیتی آتش‌سوزی
• مشاوران
• شرکت‌های بیمه
• و …

بسیاری از موارد دیگر که به صورت مستقیم یا غیر مستقیم با آتش سر و کار دارند، بسیار مفید است.

برای یادگیری نرم افزار فرد باید ابتدا سعی کند:

• سطوح مختلف را در نرم افزار ایجاد کند
• مش‎‌بندی‌های متفاوت را به کار گیرد.
• مواد مختلف را برای لوازم مختلف حاضر در محیط استفاده کند.
• نقشه محیط را به کمک نرم‌افزار رسم کند.
• واکنش‌های انجام شده در حین حریق را بررسی کند.
• خروجی‌های متداول و مورد نیاز را دریافت کند.
• مدل Smokeview را اجرا کند.

پس از یادگیری مقدمات فرد باید بتواند به موارد زیر تسلط پیدا کند:

• اشکال پیچیده و مختلف را رسم کند.
• ابزارهای اطفاء حریق را ایجاد کند.
• کاربرد ابزارهایی مثل آب‌پاش و ردیاب را بررسی کند.
• سیستم‌های تهویه مطبوع را کنترل کند.
• با FDS به صورت پیشرفته آشنا شود.
• خروجی‌های مهم ولی کمیاب‌تر را دریافت کند.