Entwicklung eines numerischen Sub-Modells zur Berechnung der instationären dreidimensinalen Wärmeübertragung in Bauteilen bei Brandsimulationen:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2010
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe / Lehrstuhl für Mechanik und Baukonstruktionen RWTH Aachen
19 Berichte aus dem Bauwesen |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Getr. Zählung Ill., graph. Darst. |
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INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGS-UND TABELLENVERZEICHNIS I
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS UND FORMELZEICHEN VII
1 EINFUEHRUNG 1
2 ZIELSETZUNG UND METHODIK 5
2.1 ZIELSETZUNG 5
2.2 METHODIK 6
3 GRUNDLAGEN VON CFD-BRANDSIMULATIONSPROGRAMMEN 9
3.1 THERMODYNAMIK - ENERGIEUEBERTRAGUNG UND -ERHALTUNG 9
3.1.1 JNULLTER HAUPTSATZ. 10
3.1.2 ERSTER HAUPTSATZ 10
3.1.3 ZWEITER HAUPTSATZ. 11
3.1.4 DRITTER HAUPTSATZ 12
3.1.5 ENERGIEERHALTUNG IN EINEM BRANDRAUM 12
3.1.6 IDEALE GASGLEICHUNG 13
3.2 HYDRODYNAMIK- STROEMUNGSLEHRE BEWEGTER FLUIDE 14
3.2.1 MASSENERHALTUNG (KONTINUITAETSGLEICHUNG) 14
3.2.2 ERHALTUNG DER STOFFKOMPONENTEN 15
3.2.3 IMPULSERHALTUNG (NAVIER-STOKES-GLEICHUNGEN) I5
3.3 KOPPLUNG DER ERFTALTUNGSGLEICHUNGEN 16
3.4 NUMERISCHE METHODE DES PROGRAMMS FDS 17
3.4.1 ZEITLICHE DISKRETISIERUNG 19
3.4.2 RAEUMLICHE DISKRETISIERUNG 22
3.4.3 BERECHNUNG DER GASZELLENTEMPERATUREN 23
4 GRUNDLAGEN DER WAERMEUEBERTRAGUNG 25
4.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER WAERMELEITUNG 25
4.1.1 RANDBEDINGUNGEN DER DIFFERENZIALGLEICHUNG DER WAENVELEITUNG 29
4.1.2 STATIONAERE WAENVELEITUNG 31
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1004204302
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
4.1.3 INSTATIONAERE WAERMELEITUNG 33
4.2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER WAERMEKONVEKTION 34
4.2.1 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN UND VORGAENGE 34
4.2.2 AHNLICHKEITS-UND MODELLTHEORIE 35
4.2.3 EINFLUSS DER STROEMUNGSART 36
4.2.4 EINFLUSS DER GRENZSCHICHT, GRENZSCHICHTTHEORIE 38
4.2.5 WAERMEUEBERGANG BEI ERZWUNGENER STROEMUNG 40
4.2.6 WAERMEUEBERGANG BEI FREIER STROEMUNG 42
4.3 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER WAERMESTRAHLUNG 46
4.3.1 WAERMESTRAHLUNG 47
4.3.2 ENERGIEBILANZ DER STRAHLUNG 49
4.3.3 AUSSTRAHLUNG UND STRAHLUNGSENERGIE 50
4.3.4 STRAHLUNG DES SCHWARZEN KOERPERS 52
4.3.5 STRAHLUNGSEIGENSCHAFTEN REALER KOERPER 55
4.3.6 STRAHLUNGSAUSTAUSCH 57
4.4 BERECHNUNG DER WAERMEUEBERTRAGUNG BEI BAUTEILEN IN
BRANDSIMULATIONSPROGRAMMEN 59
5 NUMERISCHE VERFAHREN ZUR LOESUNG VON DIFFERENZIALGLEICHUNGEN 63
5.1 DISKRETISIERUNG DER ERHALTUNGSGLEICHUNGEN 63
5.1.1 DISKRETLSIERUNGSMETHODEN - FINITE-DIFFERENZEN-METHODE 63
5.1.2 DISKRETISIERUNG DES KONVEKTIONSTERMS 65
5.1.3 DISKRETISIERUNG DERZEIT. 67
5.2 VERFAHREN ZUR LOESUNG DES GLEICHUNGSSYSTEMS 71
5.2.1 DIREKTE LOESUNGSVERFAHREN 71
5.2.2 ITERATIVE VERFAHREN 75
5.2.3 ADI-VERFAHREN 78
5.3 WAHL DES VERFAHRENS 82
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
6 UNTERSUCHUNGEN ZUR STABILITAET UND GENAUIGKEIT DER
LOESUNGSVERFAHREN 83
6.1 KONSISTENZ 84
6.2 STABILITAET 85
6.3 KONVERGENZ 91
6.4 GENAUIGKEIT 91
6.5 SCHLUSSFOLGERUNG 95
7 IMPLEMENTIERUNG UND BERECHNUNGSALGORITHMUS DES ENTWICKELTEN
SUB-MODELLS 97
7.1 EINGABEPARAMETER 98
7.2 PROGRAMMABLAUF FUER DIE BERECHNUNG DER DREIDIMENSIONALEN
WAERMELEITUNG IN BAUTEILEN 102
7.3 BERECHNUNGSALGORITHMUS DER WAERMEUEBERTRAGUNG 105
7.4 VORTEILE DES SUB-MODELLS 109
7.5 ANWENDUNGSGRENZEN 110
7.6 PRUEFUNG UND BEWERTUNG, VERIFIKATION UND VALIDATION 110
8 VERGLEICH MIT FINITE-ELEMENTE BERECHNUNGEN UND VERSUCHEN AUS
DER LITERATUR. 113
8.1 VERGLEICH MIT FINITE-ELEMENTE BERECHNUNGEN 113
8. 1.1 VERGLEICHSRECHNUNGEN MIT KONSTANTEN MATERIALEIGENSCHAFTEN 114
8.1.2 VERGLEICHSRECHNUNGEN MIT TEMPERATURABHAENGIGEN
MATERIALEIGENSCHATTEN 118
8.1.3 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 124
8.2 VERGLEICH MIT VERSUCHSERGEBNISSEN VON STAHLBETON-VERBUND-STUETZEN MIT
EINER TEMPERATURBELASTUNG NACH ETK 125
8.2.1 VERGLEICH MIT VERSUCHSERGEBNISSEN STUETZE 213 127
8.2.2 VERGLEICH MIT VERSUCHSERGEBNISSEN STUETZE 215 129
8.2.3 VERGLEICH MIT VERSUCHSERGEBNISSEN STUETZE 2/7 130
8.2.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE AUS DEM VERGLEICH MIT VERSUCHEN 132
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
9 VERGLEICH MIT EIGENEN VERSUCHEN 133
9.1 AUFBAU DES VERSUCHSSTANDES 133
9.1.1 HERSTELLUNG UND GEOMETRIE DER BRANDKAMMER. 133
9.1.2 HERSTELLUNG UND GEOMETRIE DER VERSUCHSKOERPER 137
9.2 WAERMETECHNISCHE EIGENSCHAFTEN DER UMFASSUNGSBAUTEILE 139
9.2.1 SCHAMOTTSTEINE UND MOERTEL 140
9.2.2 DAEMMUNG 140
9.2.3 STAHLBLECH 141
9.3 WAERMETECHNISCHE EIGENSCHAFTEN DER VERSUCHSKOERPER 141
9.3.1 BETON 141
9.3.2 BAUSTAHL. 146
9.4 MESSTECHNIK 149
9.4.1 AUFBAU UND ANSCHLUESSE 149
9.4.2 FUNKTIONSWEISE DER THERMOELEMENTE 153
9.4.3 FUNKTIONSWEISE DER PT-100 SENSOREN 159
9.5 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 160
9.5.1 VORVERSUCHE 160
9.5.2 HAUPTVERSUCHE 161
9.5.3 VERSUCHSERGEBNISSE UND BEWERTUNG 162
9.6 VERGLEICH DER VERSUCHSDATEN MIT DEM ENTWICKELTEN 3-0
BERECHNUNGSMODELL IN FDS 170
9.6.1 MODELL DER BRANDKAMMER IN FDS 170
9.6.2 VERGLEICH DER ERGEBNISSE BEIM STAHLBETONWINKEL 173
9.6.3 VERGLEICH DER ERGEBNISSE BEIM STAHLVERBUNDTRAEGER 175
10 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 179
LITERATUR 183
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG A-1
A HERLEITUNG DER TRANSPORTGLEICHUNG FUER EINE ZUSTANDSGROESSE Z A-1
B BEISPIEL EINER SUBROUTINE FILM FUER ABAQUS BERECHNUNGEN B-1
C WEITERE VERGLEICHE MIT VERSUCHSERGEBNISSEN AUS DER LITERATUR C-1
D BEISPIEL EINER EINGABEDATEI D-1
E WEITERE EIGENE VERSUCHSERGEBNISSE E-1
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