Mathematical Modeling of Mathematical Modeling of Community- - PowerPoint PPT Presentation

!����"�!�����#$�%&'(!)������'�������� ���������������������*++,*--���.��,+/0,�/���������" ����1���� ��� Mathematical Modeling of Mathematical Modeling of Community- -scale Fires scale Fires Community Ronald Rehm Rehm Ronald Howard Baum, Kevin McGrattan McGrattan Howard Baum, Kevin Glenn Forney, Ruddy Mell Mell Glenn Forney, Ruddy David Evans, Anthony Hamins Hamins David Evans, Anthony Charles Bouldin Bouldin, , Simo Simo Hostikka Hostikka Charles Building & Fire Research Laboratory Building & Fire Research Laboratory ���������������������������������������������������� ����������������������������������� T

=3%)$#> =3%)$#> � 2����"�������������23$�4����5�, '���"���� 62�����������������4�����������������������23$�4����5 � �������������4������������7!!�4���23$�4�����8 ���"��������������"������������8 )�����(���������� � 9�,����"�4������"���8 �����������"��������� � 2��,����"�4�������:������4��������;��������;��<���� 2��<�������������������������������<��:� 2��<�������������������������������<��:� 4��<��" 4��<��" ! � � '���"����(�����������3� � � ! #$�%� � � � � '���"����(�����������3� #$�%� T

23$�(���� ����������������.� 23$�(���� (������(��� (������(��� ����������������.� 23$�4������"��������� 23$�4������"��������� �����"�����"���"����4���� �����"�����"���"����4���� �������� �� �������� �� %�������������������������� %�������������������������� �����������4���������"���� �����������4���������"���� �����������4���"���"���� �����������4���"���"���� �������������;���� �������������;���� ���"�����������"�����"���� ���"�����������"�����"���� =�:���"���?��� ����.� =�:���"���?��� ����.� T

.-A��������������3 � ������������������23$ .-A��������������3 � ������������������23$ 9������"��;����������<��"��3��?�(� 9������"��;����������<��"��3��?�(� 9���������������() 9���������������() ���������=@��:� ���������=@��:� !��"�����#� !��"�����#� =�:���"�7�������? =�:���"�7�������? '��"��=! '��"��=! #����������������� #����������������� T

Wildland Fires 2000 • 80,000 fires • 7 million acres • $10 Billion loss T

Wildland-Urban Interface (WUI) • WUI increasing rapidly • Wildland fires also increasing rapidly T

������������� �C����������(���� ������������� �C����������(���� B�9���������4�������"�4������������������������� �������"����<��"���"�4�������" T

Model Approximations Model Approximations •Hydrodynamics: (rectangular grid only) Hydrodynamics: (rectangular grid only) • •Low Low- -Mach Mach- -Number Approx. Number Approx. • •Large Large- -Eddy Simulations (LES) Eddy Simulations (LES) • •Combustion: Flame Combustion: Flame- -sheet Approx. sheet Approx. • •Radiative Radiative transport: Finite volume method transport: Finite volume method • •Vegetation model (Thermally thin) Vegetation model (Thermally thin) • •Smoke: ALOFT Smoke: ALOFT - - Taylor Approx. also Taylor Approx. also • T

������������������� ����������� ��� ���� ���� ������D���"��E ?����D������ ������D���"��E ?����D������ ��������������;� ��"��E������� ��������������;� ��"��E������� � ������������� � ������������� �����$�������� �����$�������� �������#��"� �������#��"� T

MEASUREMENTS • Full-scale fires – outdoors • Laboratory fires NIST Large Fire Laboratory Fires up to10 MW T

(���"�'�����8 8 '���"������4�=���������; '���"������4�=���������; (���"�'����� =��,����"����'���� <����="���������;���"� C���������(����������������� *&��&�� Garage burned in Odenton, Maryland 8-11-2002 6 � G G Measured 17 m from burning structure %�����7����(��D��F:2&� � %�����7����(��D��F:2&� 0 0 5 4 Total heat flux KW /m2 3 2 1 � � 0 -1 4000 5000 6000 7000 8000 9000 ��������������������������������������.������������������������� 0 0 ��������������������������������������.������������������������� >�������"�9��:�7!!�H��.��2 >�������"�9��:�7!!�H��.��2 Time seconds %����F��������� G %����F��������� G T

Simulation of Structure to Structure Fire Propagation T

)((�8 8 ?�����������������"����<�������� ?�����������������"����<�������� )((� =��������;������4 =��������;������4 '���"����4������4��;� '���"����4������4��;� ���"��� ���"��� �;�#$�%�8 �;�#$�%� 8 #'� #'� The NIST Large Fire Facility (LFF) - 10 MW (���;��������"� (���;��������"� �D�������<����4��� �D�������<����4��� T

LFL Structure to Structure Fire Spread T

House to House Spread Back Back Front Front Ignition Ignition right house right house T

House to House Spread T

Simulation of Burning Wildland Fuels T

NIST’s LFL Tree Burns T

���������"�� ����%����'���, , 7!! 7!! ���������"�� ����%����'��� Calculated Tree Heat-release rate [Tree 2] 10000 +���� +���� 9000 8000 :2 :2 7000 6000 HRR [kW] 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 20 40 60 80 100 120 Time [s] *0�� *0�� T