Numerische Experimente und reale Raumbrände

Die Verbrennung eines Stoffes unter Abgabe von Wärme und Licht fasziniert uns Menschen seit Generationen. Der Versuch durch Beobachtung die Zusammenhänge von Verbrennungen und Ausbreitungen abzuleiten, ist nicht nur mehr allein Gegenstand von Wissenschaft und Forschung. Verschiedene Fachdisziplinen beschäftigen sich mit der Verbrennung und Ausbreitung von Stoffen. Brandschutzingenieure versuchen durch den Einsatz von mathematischen Modellen die Ausbreitung in Abhängigkeit der Art und Nutzung von Gebäuden oder baulichen Anlagen abzuschätzen und die erforderlichen baulichen, anlagentechnischen und organisatorischen Maßnahmen zum Brandschutz abzuleiten.

Der Mathematiker Martin Hairer als einer der Preisträger der alle vier Jahre verliehenen Fields-Medaille beschäftigt sich beispielsweise mit stochastischen Differentialgleichungen. Diese Gleichungen berücksichtigen den Umstand, dass Vorgänge in der Natur sich nicht durch eine „perfekte“ mathematische Formel beschreiben lassen. Die Schwierigkeit von stochastischen Differentialgleichungen besteht unter anderem darin, dass diese Gleichungen nicht differenzierbar sind. Erst eine durch Hairer entwickelte Methode ermöglicht diese Funktionen durch leichter verstehbare Gleichungen zu ersetzen und gleichzeitig die Genauigkeit der Lösungen zu erhöhen. Die von Hairer entwickelte Methode ermöglicht nun die beobachteten zufälligen Fluktuationen beispielsweise bei der Verbrennung oder bei strömenden Gasen besser abzubilden. Bis die theoretischen Erkenntnisse in der Praxis Anwendung finden, wird sicherlich noch einige Zeit vergehen.

In der Brand(schutz)forschung wurden und werden in der heutigen Praxis häufig kleinskalige Experimente durchgeführt, aus deren Beobachtungen und Auswertungen mögliche Zusammenhänge auf größere Räume übertragen werden. Experimente im Realmaßstab sind aufwendig, kostenintensiv und stellen aus diesen Gründen eher eine Seltenheit dar. Mit der Möglichkeit diese Untersuchungen mit numerischen Modellen durchzuführen beschäftigt sich Nils Johansson in seinem Artikel „Numerical experiments and compartment fires“ in der Zeitschrift Fire Science Reviews. Er stellt verschiedene Methoden mit ihren Vor- und Nachteilen dar. Numerische Experimente ersetzen aus Sicht von Johansson nicht die als klassisch bezeichneten Realversuche, sondern die Kombination ermöglicht eine bessere Analyse von bisher unbekannten bzw. nicht näher untersuchten Eigenschaften von Bränden. Diese Erkenntnisse können dann auch die Arbeit der Brandschutzingenieure verbessern und so ist der Artikel auch für nicht direkt in Wissenschaft und Forschung tätigen Ingenieure interessant.

Literaturhinweise