Forschung

Forschungsthemen

Die Forschungsthemen des Lehrstuhls umfassen:

Entwicklung neuer numerischer Methoden im Bereich der Branddynamik
Modellierung der Brandausbreitung und Sichtweite mit dem Fire Dynamics Simulator (FDS)
Entwurf von Experimenten zur Modelvalidierung in Kooperation mit dem IAS-7 am Forschungszentrum Jülich

Weitere und ausführlichere Informationen sind auf der Webseite der Abteilung 'Branddynamik' am Forschungszentrum Jülich zu finden.

Sichtweiten im Brandfall

Im Brandfall ist die Sichtweite eine der kritischen Aspekte, welche insbesondere bei der Orientierung und der Wahrnehmung von Evakuierungszeichen entscheident ist. Mit unserer Forschung wollen wir die beteiligten physikalischen Phänomene (Licht-Rauch-Wechselwirkung) und die menschliche Wahrnehmung von Zeichen verstehen. Zu diesem Zweck führen wir Brandversuche im realen Maßstab durch und entwickeln neue theoretische Modelle. All dies führt zu einer besseren, d.h. realistischeren, numerischen Vorhersage in CFD-basierten Simulationsmodellen und Rauchdarstellung in VR.

Angewandte Methoden:

Experimentell: Raumbrände nach EN 54, Optische Kameras, MIREX, ELPI+
Theoretisch: Tomographie, Mie-Theorie, Bildanalyse, Ray-Tracing

Ausgewählte grundlegende Publikationen (alle frei zugänglich):

"Remote sensing of the light-obscuring smoke properties in real-scale fires using a photometric measurement method", Kristian Börger, Alexander Belt, Thorsten Schultze und Lukas Arnold, Fire Technology, 2024, DOI:10.1007/s10694-023-01470-z
"Extinction coefficients from aerosol measurements", Christoph Gnendiger, Thorsten Schultze, Kristian Börger, Alexander Belt und Lukas Arnold, Fire Safety Journal, 2024, DOI:10.1016/j.firesaf.2024.104110
"Assessing performance of LEDSA and Radiance method for measuring extinction coefficients in real-scale fire environments", Kristian Börger, Jennifer Ellingham, Alexander Belt, Thorsten Schultze, Stefan Bieder, Elizabeth Weckman und Lukas Arnold, Fire Safety Journal, 2023, DOI:10.1016/j.firesaf.2023.103929
"Spatiotemporal measurement of light extinction coefficients in compartment fires", Lukas Arnold, Alexander Belt, Thorsten Schultze und Lea Sichma, Fire and Materials, 2021, DOI:10.1002/fam.2841

Ausgewählte anwendungsorientierte Publikationen (alle frei zugänglich):

"A waypoint based approach to visibility in performance based fire safety design", Kristian Börger, Alexander Belt und Lukas Arnold, Fire Safety Journal, 2024, DOI:10.1016/j.firesaf.2024.104269
"A map representation of the ASET-RSET concept", Benjamin Schröder, Lukas Arnold und Armin Seyfried, Fire Safety Journal, 2021, DOI:10.1016/j.firesaf.2020.103154
"Knowledge-and Perception-based route choice modelling in case of fire", Benjamin Schröder, David Haensel, Mohcine Chraibi, Lukas Arnold, Armin Seyfried und Erik Andresen, Human Behaviour in Fire, 2015, LINK

Brandausbreitung

Die Vorhersage der Ausbreitung eines Brandes ist eine der größten Herausforderungen in der Brandschutzforschung. Sie ermöglicht es, die Dynamik des Feuers unter Berücksichtigung der relevanten physikalischen und chemischen Prozesse und insbesondere des Verhaltens des brennenden Materials zu bestimmen. Wir führen Experimente im Mikromaßstab durch, um die Pyrolyse des Materials, d. h. die thermische Zersetzung, zu verstehen und die relevanten Materialparameter zu bestimmen. Mit diesen nutzen wir CFD-Modelle (Computational Fluid Dynamics), um die Brandausbreitung in realmaßstäblichen Experimenten vorherzusagen.

Verwendete Methoden:

Experimentelle Geräte: TGA, MCC, Cone Calorimeter, Tube Furnace, Real-Scale Fire Experiments
Experimentelle Diagnostik: IR Thermography, PIV, LDA
Theoretische Verfahren: Computational Fluid Dynamics, Pyrolysis Modelling, Inverse Modelling, Multivariate Global Sensitivity Analysis
Computer Hardware: High Performance Systems at BUW (Pleiades) and at FZJ (JURECA)

Ausgewählte relevante experimentelle Publikationen (alle frei zugänglich):

"The Tube Furnace with Online Mass Loss Measurement as a New Bench Scale Test for Pyrolysis", Karen De Lannoye, Alexander Belt, Ernst-Arndt Reinecke und Lukas Arnold, Fire Technology, 2024, DOI:10.1007/s10694-024-01590-0
"The influence of experimental conditions on the mass loss for TGA in fire safety science", Karen De Lannoye, Corinna Trettin, Alexander Belt, EA Reinecke, Roland Goertz und Lukas Arnold, Fire Safety Journal, 2024, DOI:10.1016/j.firesaf.2023.104079

Ausgewählte relevante theoretische Publikationen (alle frei zugänglich):

"Sensitivity analysis for an effective transfer of estimated material properties from cone calorimeter to horizontal flame spread simulations", Tássia LS Quaresma, Tristan Hehnen und Lukas Arnold, Fire Safety Journal, 2024, DOI:10.1016/j.firesaf.2024.104116
"PMMA pyrolysis simulation–from micro-to real-scale", Tristan Hehnen und Lukas Arnold, Fire Safety Journal, 2023, DOI:10.1016/j.firesaf.2023.103926
"Inverse modelling of pyrolization kinetics with ensemble learning methods", Patrick Lauer, Lukas Arnold und Fabian Brännström, Fire Safety Journal, 2023, DOI:10.1016/j.firesaf.2023.103744
"Numerical Fire Spread Simulation Based on Material Pyrolysis—An Application to the CHRISTIFIRE Phase 1 Horizontal Cable Tray Tests", Tristan Hehnen, Lukas Arnold und Saverio La Mendola, Fire, 2020, DOI:10.3390/fire3030033
"Application cases of inverse modelling with the PROPTI framework", Lukas Arnold, Tristan Hehnen, Patrick Lauer, Corinna Trettin und Ashish Vinayak, Fire Safety Journal, 2019, DOI:10.1016/j.firesaf.2019.102835