Väitös, rakennustekniikka, MSc Morteza Gholami Haghighi Fard

Väitöskirjan nimi: Multi-dimensional modeling of thermal conditions and pyrolysis dynamics in electrical cable fire

Väittelijä: Morteza Gholami Haghighi Fard
Vastaväittäjä: Prof. Lukas Arnold, University of Wuppertal, Saksa 
Kustos: Prof. Simo Hostikka, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Sähkökaapeleita käytetään lähes kaikissa nykyaikaisissa rakennuksissa, teollisuuslaitoksissa ja liikennevälineissä. Tulipalossa kaapelit voivat edistää palon leviämistä vapauttamalla lämpöä ja palavia kaasuja. Kaapelien palokäyttäytymisen ymmärtäminen ja ennustaminen onkin tärkeää paloturvallisuuden parantamiseksi ja turvallisempien sähköasennusten suunnittelemiseksi.

Numeeriset simuloinnit tarjoavat hyödyllisiä työkaluja kaapelipalojen käyttäytymisen ennustamiseen. Perinteisissä mallinnusmenetelmissä kaapelit kuitenkin usein esitetään tasomaisina materiaaleina, vaikka todellisuudessa ne ovat lieriömäisiä ja koostuvat useista eri materiaalikerroksista. Tällainen yksinkertaistus voi aiheuttaa epävarmuuksia lämmönsiirron ja kaapelimateriaalien lämpöhajoamisen ennustamisessa.

Tässä väitöskirjatutkimuksessa kehitetään ja validoidaan kaksiulotteinen numeerinen mallinnusmenetelmä, jonka avulla voidaan ennustaa tarkemmin lieriömäisten materiaalien ja sähkökaapelien lämpenemistä, lämpöhajoamista ja palokäyttäytymistä. Menetelmää kehitettiin vaiheittain kokeellisten tutkimusten ja simulointien avulla. Tutkimuskohteina olivat muovitangot, hiiltyvät puutangot ja lopuksi monikerroksiset teollisuuskäyttöön tarkoitetut sähkökaapelit.

Tulokset osoittavat, että lieriömäisen geometrian ja epätasaisen lämpökuormituksen huomioon ottaminen parantaa lämmönsiirron ja palamisen ennustamista perinteisiin yksiulotteisiin malleihin verrattuna. Tutkimuksessa osoitetaan myös, että riittävän voimakas ulkoinen lämpökuormitus voi ylittää palosuojatun kaapelin ulkovaipan suojauskyvyn. Tällöin kaapelin sisäiset eristemateriaalit voivat syttyä ja aiheuttaa uuden lämmönvapautumispiikin.

Kehitetty mallinnusmenetelmä kuvaa aiempaa realistisemmin kaapelipalojen taustalla olevia fysikaalisia ilmiöitä. Se vie kaapelipalojen simulointia eteenpäin yksinkertaistetuista tasomaisten materiaalien malleista ja tarjoaa uusia mahdollisuuksia turvallisempien sähkökaapelien arviointiin ja suunnitteluun. Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää paloturvallisuustutkimuksessa sekä rakennusten, teollisuuslaitosten ja muiden sähkökaapeleita sisältävien ympäristöjen paloriskien arvioinnissa.

Avainsanat: Cable Fire, cone calorimetry modeling, Fire Dynamics Simulator

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: morteza.gholamihaghighifard@aalto.fi