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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The main objective of this work is to investigate the thermal protective performance (TPP) of firefighter’s garments under 10s/20s of various thermal exposures, shedding light on the effect of the air gap, the effect of fabric thickness and the radiant heat intensity (using Kevlar/PBI and Nomex fabrics) on skin burn predictions. The numerical simulations were performed using the ANSYS software in accordance with the temperature-dependent thermal properties of the materials.
A numerical calculation model by finite elements is developed considering the blood perfusion rate. The model is validated against experimental tests and against numerical results from other authors.
A parametric analysis was developed upon a set of 500 simulations. The results obtained are treated to evaluate and study the effect of the above-mentioned factors on TPP of firefighter’s garments and skin burn predictions. Finally, based on the numerical results determined for high flash fire and for high exposure time (20 s), a new proposal is presented to determine the time to reach the first, second and third-degree skin burn.
O principal objetivo deste trabalho é investigar o desempenho de proteção térmica (TPP) de vestuário de bombeiros quando exposto durante 10s/20s a várias solicitações térmicas, analisando o efeito da camada de ar, o efeito da espessura do tecido e a intensidade de calor radiante (utilizando tecidos Kevlar/PBI e NOMEX) na previsão de queimadura da pele. As simulações numéricas foram realizadas utilizando o programa ANSYS, de acordo com as propriedades térmicas dependentes da temperatura dos materiais. Foi desenvolvido um modelo de cálculo numérico por elementos finitos, considerando a taxa de perfusão sanguínea. O modelo é validado em relação a testes experimentais e em relação a resultados numéricos de outros autores. Foi desenvolvido um estudo paramétrico, com base num conjunto de 500 simulações. Os resultados obtidos são tratados para avaliar e estudar o efeito dos fatores acima mencionados sobre o desempenho TPP do vestuário de bombeiros e previsões de queimaduras da pele. Finalmente, com base nos resultados numéricos determinados para exposições a elevados valores de radiação e para tempos de exposição elevados (20 s), é apresentada uma nova proposta para determinar o tempo para atingir queimaduras de primeiro, segundo e terceiro grau na pele.
O principal objetivo deste trabalho é investigar o desempenho de proteção térmica (TPP) de vestuário de bombeiros quando exposto durante 10s/20s a várias solicitações térmicas, analisando o efeito da camada de ar, o efeito da espessura do tecido e a intensidade de calor radiante (utilizando tecidos Kevlar/PBI e NOMEX) na previsão de queimadura da pele. As simulações numéricas foram realizadas utilizando o programa ANSYS, de acordo com as propriedades térmicas dependentes da temperatura dos materiais. Foi desenvolvido um modelo de cálculo numérico por elementos finitos, considerando a taxa de perfusão sanguínea. O modelo é validado em relação a testes experimentais e em relação a resultados numéricos de outros autores. Foi desenvolvido um estudo paramétrico, com base num conjunto de 500 simulações. Os resultados obtidos são tratados para avaliar e estudar o efeito dos fatores acima mencionados sobre o desempenho TPP do vestuário de bombeiros e previsões de queimaduras da pele. Finalmente, com base nos resultados numéricos determinados para exposições a elevados valores de radiação e para tempos de exposição elevados (20 s), é apresentada uma nova proposta para determinar o tempo para atingir queimaduras de primeiro, segundo e terceiro grau na pele.
Description
Mestrado de dupla diplomação com a Hassiba Benbouali University of Chlef
Keywords
Fire safety Air gap Firefighters protective clothing Thermal insulation Skin injuries