Development of a combined experimental and simulative method for the assessment of fire scenarios in motor vehicles

Abstract

Road vehicles are common means of transport. Nevertheless, in case of fire the situation within a road vehicle can turn all of a sudden into a severe life-threatening scenario for passengers and drivers. Especially in vehicles having high passenger capacity, this might entail high numbers of injuries or even fatalities as seen in the severe German bus fire which occurred in 2008 near Hanover with 20 fatal casualties. Fire safety of road vehicles has been a neglected area in recent decades. Modern materials being robust, lightweight and cost-efficient have been established in the automotive sector. But fire safety requirements have been left unchanged although a lot of plastic materials applied in road vehicles provide worse reaction-to-fire behaviour while still being compliant to fire safety standards required. The main fire load in nowadays road vehicles is no longer fuel, but instead consists of plastic components. When burning, these materials do not only release a high amount of heat but also a lot of opaque and toxic smoke. These facts could be proven in fire tests performed for research related to the dissertation at hand which also has been reason for initiating the ongoing update progress of relevant regulations. When investigating materials of road vehicles the basic questions were, what is the status quo of fire safety performance in road vehicles and how can it be reasonably assessed? To find an answer to these questions, research was conducted to develop ’..a combined experimental and simulative method for the assessment of fire scenarios in motor vehicles’. The latest state of the art in fire safety engineering is marked by adopting numerical CFD simulations which enables integrating flow characteristics entailed by the fire development within the area focused at. Up to now numerical fire simulations have been predominantly applied on environmental investigations in which a coarse cell grid can be used, such as for buildings or industrial halls. However, investigations on road vehicles interior need to take into account a much more complex and intricate design. The approach applied, the fire tests performed as well as the results gained are presented in the dissertation at hand.

Straßenfahrzeuge sind weitverbreitete Verkehrsmittel. Dennoch kann im Brandfall die Situation für Fahrgäste und Fahrer in einem Straßenfahrzeug schnell lebensgefährlich werden. Besonders bei Fahrzeugen mit hoher Fahrgastkapazität kann dies eine hohe Anzahl an Verletzten und sogar Todesfälle zur Folge haben, wie beispielsweise bei einem schweren Busbrand in der Nähe von Hannover mit 20 Todesfällen in 2008 geschehen. Der Brandschutz bei Straßenfahrzeugen wurde in den letzten Jahrzehnten vernachlässigt. Moderne Materialien, die robust, leicht und kostengünstig sind, haben sich im Automobilsektor durchgesetzt. Allerdings sind die Brandschutzanforderungen unverändert geblieben, obwohl viele der in Straßenfahrzeugen verwendeten Materialien ein schlimmes Brandverhalten trotz Brandschutzvorschriften aufweisen. Die primäre Brandlast heutiger Straßenfahrzeuge ist nicht länger der Treibstoff, sondern besteht stattdessen aus den Kunststoffkomponenten. Im Brandfall setzen deren Materialien neben großen Mengen an Wärme auch viel dichten und toxischen Rauch frei. Diese Fakten konnten in Brandversuchen für diese Dissertation nachgewiesen werden, welche auch teilweise Grund für die derzeitige Überarbeitung betreffender Regelwerke sind. Beim Untersuchen der Materialien von Straßenfahrzeugen waren die grundlegenden Fragen, wie der gegenwärtige Stand beim Brandschutz von Straßenfahrzeugen aussieht und wie dieser angemessen bewertet werden kann. Um Antworten auf diese Fragen zu finden, wurde Forschung betrieben, um eine kombiniert experimentelle und simulative Methode für die Bewertung von Brandszenarien in Straßenfahrzeugen zu entwickeln. Die heutige moderne Technik im Brandschutzingenieurwesen basiert auf Anwendung von CFDSimulationen, die Strömungseigenschaften aufgrund der Brandentwicklung im untersuchten Gebiet berücksichtigen. Bisher wurden numerische Brandsimulationen vorrangig für Gebiete angewendet, bei denen ein grobes Zellmuster angewendet werden konnte, wie etwa bei Gebäuden oder Industriehallen. Hingegen muss bei Straßenfahrzeugen ein komplexeres und schwieriger abbildbare Umgebung berücksichtigt werden. Die angewendete Methode, die durchgeführten Brandversuche sowie die gewonnen Ergebnisse werden in dieser Dissertation vorgestellt.