Simulationssoftware KOBRA-3D

Beschreibung und Validierung

KOBRA-3D ist ein dynamisches Feldmodell zur dreidimensionalen Berechnung der für die Beschreibung eines Raumbrandes wichtigen Größen, insbesondere die lokale Temperaturentwicklung, die Strömungsverhältnisse und die Ausbreitung von Verbrennungsprodukten. Dabei können auch komplexe Raumgeometrien (z. B. Atrien, Passagen, Mehrraumsysteme etc.), unterschiedliche Lüftungdverhältnisse, Einbauten und brandschutztechnische Einrichtungen berücksichtigt werden.

Die Aussagefähigkeit sowie die Zuverlässigkeit wurde im Rahmen mehrerer Forschugsprojekte und Validierungsstudien unter Beweis gestellt, darunter Forschungsvorhaben mit Förderung des Bundesforschungsministeriums sowie Nach- und Vorausberechnungen unterschiedlicher Brandexperimente. Kooperationspartner bei diesen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben waren u. a. das Norwegische Brandforschungslabor (NBL) der SINTEF in Trontheim / Norwegen und das Institut der Feuerwehr in Sachsen-Anhalt. Nachberechnungen von Experimenten und Musterrechnungen mit KOBRA-3D haben auch Eingang in die Datensammlung des vfdb-Referats 4 (Ingenieurmethoden des Brandschutzes) gefunden und sind in den entsprechenden Referatspublikationen (u. a. der Leitfaden zur Anwendung von Ingenieurmethoden im Brandschutz) dokumentiert. Diese sowie weitere Testrechnungen und Anwendungsbeispiele sind durch entsprechende Forschungsberichte, nationale und internationale Fachvorträge und Veröffentlichungen in der Fachliteratur manifestiert.

Unter einem Feldmodell, auch CFD (Computationel Fluid Dynamics) Modell genannt, ist ein Verfahren zu verstehen, welches die in den hydrdynamischen Grundgleichungen enthaltenen Variablen (Druck, Temperatur, Dicht, Gasgeschwindigkeit sowie ggf. Stoffkonzentrationen) als Funktion des Ortes und der Zeit berechnet. Dazu wird das Volumen der zu behandelnden Gebäude- und Umgebungsbereiche durch ein Netz rechtwinkliger Gitterzellen variabler Größe - angepasst an die Gebäudestruktur, die Ventilationsverhältnisse und das Brandszenarium - überdeckt.

Im Ergebnis dieser Brandsimulation ist die Ermittlung der oben genannten und weiterer die Brandentwicklung charakterisierenden Größen als Lösungen der dreidimensionalen, hydrodynamischen Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie möglich.

Man erhält mit diesem Ansatz orts- und zeitabhängige Ergebnisse, sogenannte Felder, welche das Brandszenarium in seiner dynamischen Entwicklung umfassend beschreiben. Dabei wird das jeweils vorhandene Lüftungssystem in die Beschreibung mit einbezogen, unter Berücksichtigung von sowohl natürlicher als auch erzwungener Ventilation.

Als die bereits erwähnen charakteristischen Größen können die lokalen Basisgrößen wie Temperatur, Druck, Dichte und Strömungsgeschwindigkeit sowie ggf. weitere lokale Größen wie Schadstoffkonzentrationen oder optische Rauchdichte ermittelt werden.