Ein Brandausbreitungsmodell für Kabel

Kabel sind Brandlasten und Zündquellen zugleich und stellen eines der häufigsten Brandrisiken dar. Ziel dieser Arbeit war es, ein numerisches Brandausbreitungsmodell für Kabel bereitzustellen, das in Verbindung mit einem vorhandenen Brandsimulationsmodell in der Lage ist, die Brandausbreitung bei Kabelbränden möglichst genau zu berechnen. Die thermophysikalischen Eingangsdaten für das Modell wurden für diese Arbeit durch Auswertung eigener Versuche im Labormaßstab gewonnen. Das eigene Brandausbreitungsmodell für Kabel, das CFS-Modell (Cable Flame Spread Model), baut auf dem thermoplastischen Pyrolysemodell des Brandsimulationscodes FDS (Fire Dynamics Simulator Version 4) auf. Die Ansätze in FDS wurden für diese Arbeit in drei Bereichen erweitert: 1. Der einfache Ansatz der Berechnung einer eindimensionalen Wärmeleitung für die Oberflächen eines rechteckiges Objekt wurde im CFS-Modell in ein einfaches Kabelmodell überführt. Die thermische Kopplung der inneren Seiten der Mantelisolierung erfolgt über ein finites Volumenmodell einer Ader, das neben transversalen Effekten auch axiale Wärmetransporte einbezieht. 2. Die Pyrolyse von Kabelmaterialien lässt sich nicht durch eine einfache Zersetzung beschreiben. Daher wurde ein zweistufiges, endliches Zersetzungsmodell auf Grundlage des Arrhenius-Gesetzes entwickelt. Es können u. a. phasenbezogene Zersetzungstemperaturen und –raten vorgegeben und Vergasungs- und Verbrennungswärmen sowie maximale Abbrandraten berücksichtigt werden. 3. Da in den meisten Anwendungsfällen Kabel mit mehreren Adern vorliegen, wurden Näherungsansätze zur Übertragung des CFS-Modells auf komplexe Kabel entwickelt. Das CFS-Modell wurde einer ersten Validierung unterzogen. Hierzu lagen Kabelbrandversuche mit verschiedenen Kabeln in vertikaler Anordnung vor. Es zeigt sich, dass mit dem neuen CFS-Modell in der Umgebung von FDS das Abbrandverhalten von Kabeln realistischer beschrieben wird.