CFD – Fire Modelling

Silabus Pelatihan: CFD Fire Modelling  (Dasar – Mahir)

Tujuan Pelatihan:

  • Memahami prinsip dasar Computational Fluid Dynamics (CFD) dan aplikasinya dalam pemodelan kebakaran.
  • Menguasai penggunaan software Pyrosim untuk membuat model kebakaran dan simulasi CFD.
  • Memahami teori dasar fire dynamics berdasarkan buku teks dan menerapkannya dalam pengaturan dan interpretasi model CFD.
  • Mampu menyiapkan model geometri, menentukan material dan properti termal, serta mengatur kondisi batas (boundary conditions) dalam Pyrosim.
  • Mampu menjalankan simulasi kebakaran menggunakan solver FDS (Fire Dynamics Simulator) dari dalam Pyrosim.
  • Mampu menganalisis dan memvisualisasikan hasil simulasi CFD kebakaran (suhu, kecepatan angin, visibilitas asap, dll.).
  • Mampu melakukan validasi model CFD kebakaran dan memahami keterbatasan model.
  • Mampu menggunakan CFD fire modelling untuk analisis keselamatan kebakaran, desain sistem proteksi kebakaran, dan investigasi kebakaran.

Target Peserta:

  • Insinyur Keselamatan Kebakaran (Fire Protection Engineer)
  • Konsultan Keselamatan Kebakaran
  • Petugas Pemadam Kebakaran dan Investigator Kebakaran
  • Peneliti di bidang Ilmu Kebakaran
  • Mahasiswa Teknik yang tertarik pada Keselamatan Kebakaran
  • Arsitek dan Perancang Bangunan
  • Siapa pun yang ingin mempelajari CFD fire modelling untuk aplikasi keselamatan kebakaran.

Struktur Pelatihan:

Pelatihan ini akan dibagi menjadi tiga tingkatan, yang secara progresif meningkatkan pemahaman teoritis dan keterampilan praktis peserta:

  1. Tingkat Dasar (Fundamental): Pengenalan konsep dasar CFD, fire dynamics, dan software Pyrosim. Fokus pada pembuatan model sederhana dan pemahaman workflow dasar.
  2. Tingkat Menengah (Intermediate): Pendalaman teori fire dynamics, pengaturan parameter simulasi yang lebih kompleks, analisis hasil, dan validasi model dasar.
  3. Tingkat Mahir (Advanced): Pemodelan skenario kebakaran kompleks, fitur lanjutan Pyrosim, analisis sensitivitas, validasi model tingkat lanjut, dan aplikasi CFD fire modelling dalam studi kasus nyata.

Rincian Silabus Per Tingkat:

1. Tingkat Dasar (Fundamental) – Waktu: 2 Hari (16 Jam)

  • Topik:

    • Modul 1: Pengantar CFD dan Fire Dynamics
      • Konsep Dasar Computational Fluid Dynamics (CFD): Diskritisasi, Solver, Grid, Kondisi Batas
      • Aplikasi CFD dalam Rekayasa Kebakaran dan Keselamatan Kebakaran
      • Pengantar Fire Dynamics: Pembakaran, Perpindahan Panas (Konduksi, Konveksi, Radiasi), Aliran Fluida, Asap
      • Pengenalan Fire Dynamics Simulator (FDS) dan Software Pyrosim sebagai Interface
      • Instalasi dan User Interface Pyrosim: Menu, Toolbar, Viewport, Object Tree
    • Modul 2: Pembuatan Geometri Sederhana di Pyrosim
      • Menggunakan Alat Geometri Dasar Pyrosim (Room Tool, Obstruction Tool, Vent Tool, Opening Tool)
      • Membuat Model Ruangan Tunggal Sederhana dengan Pintu dan Ventilasi
      • Pengaturan Mesh (Grid) untuk Pemodelan CFD di Pyrosim (Dasar)
      • Memahami Konsep Mesh Resolution dan Pengaruhnya terhadap Akurasi dan Waktu Simulasi
      • Memeriksa Geometri dan Mesh untuk Memastikan Kualitas Model
    • Modul 3: Pengaturan Material dan Properti Kebakaran Dasar
      • Memilih Material dari Database Pyrosim (Materials Library) untuk Dinding, Lantai, Langit-langit, dan Obstruksi
      • Pengaturan Properti Termal Material Dasar (Konduktivitas Termal, Kapasitas Panas, Densitas, Emisivitas)
      • Menentukan Lokasi dan Jenis Bahan Bakar (Fuel) untuk Kebakaran Sederhana (Misalnya Propana Burner, Surface Burner)
      • Pengaturan Properti Pembakaran Bahan Bakar Dasar (Panas Pembakaran, Laju Pembakaran)
      • Memahami Konsep Heat Release Rate (HRR) dan Kurva HRR
  • Metode Pengajaran:

    • Lektur Interaktif dengan Slide Presentasi
    • Demonstrasi Penggunaan Software Pyrosim Langkah Demi Langkah oleh Instruktur
    • Latihan Hands-on Individu: Membuat Model Ruangan Sederhana dan Mengatur Material
    • Diskusi Kelompok dan Sesi Tanya Jawab
    • Studi Kasus Sederhana tentang Aplikasi CFD dalam Rekayasa Kebakaran
  • Waktu Pelatihan: 16 Jam (2 Hari)

  • Sumber Referensi:

    • Pyrosim User Manual (Dokumentasi Resmi Software Pyrosim)
    • Buku An Introduction to Fire Dynamics oleh Drysdale (Bab Pengantar tentang Pembakaran dan Perpindahan Panas)
    • Materi Presentasi Pelatihan
    • Contoh Model Pyrosim Sederhana untuk Latihan
  • Contoh Hands-on:

    • Sesi 1: Membuat Model Ruangan Tunggal dengan Propana Burner
      • Peserta membuat model ruangan persegi sederhana di Pyrosim menggunakan Room Tool.
      • Menambahkan pintu dan ventilasi menggunakan Opening Tool dan Vent Tool.
      • Menambahkan Propane Burner sebagai sumber api di tengah ruangan.
      • Mengatur material dinding, lantai, dan langit-langit menggunakan Materials Library.
      • Membuat mesh sederhana untuk model.
    • Sesi 2: Memvariasikan Mesh Resolution dan Mengamati Pengaruhnya
      • Membuka model dari Sesi 1.
      • Memvariasikan mesh resolution (misalnya coarse, medium, fine) dan menjalankan simulasi untuk setiap mesh.
      • Membandingkan waktu simulasi dan hasil visualisasi (misalnya temperatur, asap) untuk mesh resolution yang berbeda.
      • Mendiskusikan trade-off antara akurasi dan waktu komputasi dalam pemilihan mesh resolution.
        Image of Contoh tampilan mesh resolution yang berbeda pada model Pyrosim

2. Tingkat Menengah (Intermediate) – Waktu: 3 Hari (24 Jam)

  • Topik:

    • Modul 4: Pengaturan Simulasi dan Kondisi Batas di Pyrosim
      • Mengatur Parameter Simulasi Dasar di Pyrosim (Simulation Time, Time Step, Output Intervals)
      • Memahami dan Mengatur Kondisi Batas (Boundary Conditions) di Pyrosim:
        • Open Boundary (Kondisi Terbuka ke Lingkungan)
        • Wall Boundary (Dinding Adiabatik dan Dinding Konduktif)
        • Symmetry Boundary (Kondisi Simetri)
        • Vent Boundary (Ventilasi Mekanis dan Ventilasi Alami)
      • Penggunaan Control Objects di Pyrosim untuk Memantau Parameter Simulasi (Temperatur, Kecepatan Angin, Visibilitas)
      • Penggunaan Slice Files dan Device Files untuk Output Data Terperinci pada Lokasi Tertentu
    • Modul 5: Pemodelan Kebakaran Tingkat Lanjut dan Material Lanjutan
      • Pemodelan Kebakaran Material Padat (Solid Fuel Burning) di Pyrosim
      • Menggunakan Surface Burner dan Mengatur Properti Pembakaran Material Padat (Laju Pembakaran, Pyrolysis, Arang)
      • Memodelkan Material Lanjutan dari Database Pyrosim: Material Selulosa, Polimer, Material Bangunan Umum
      • Pengaturan Properti Termal dan Properti Pembakaran Material Lanjutan yang Lebih Detail
      • Memahami Konsep Heat of Vaporization, Thermal Inertia, dan Burning Rate Parameters
    • Modul 6: Analisis Hasil Simulasi dan Validasi Model Dasar
      • Memvisualisasikan Hasil Simulasi di Pyrosim: Smokeview, Slice Files, Vector Files, Isosurface Files
      • Menganalisis Hasil Simulasi: Distribusi Temperatur, Konsentrasi Asap, Kecepatan Angin, Visibilitas
      • Menggunakan Contour Plots, Vector Plots, dan Animasi untuk Visualisasi Hasil
      • Membandingkan Hasil Simulasi dengan Perhitungan Manual Sederhana atau Data Empiris Terbatas (Validasi Kualitatif)
      • Memahami Batasan Model CFD dan Sumber Ketidakpastian dalam Simulasi Kebakaran
  • Metode Pengajaran:

    • Lektur Interaktif dengan Contoh Aplikasi dan Studi Kasus Menengah
    • Demonstrasi Fitur Software Pyrosim Tingkat Menengah dan Workflow Simulasi
    • Latihan Hands-on Berkelompok: Membangun Model Multi-Ruangan dan Menganalisis Hasil Simulasi
    • Sesi Diskusi Kelompok dan Presentasi Hasil Latihan
    • Sesi Tanya Jawab dan Konsultasi Individu
  • Waktu Pelatihan: 24 Jam (3 Hari)

  • Sumber Referensi:

    • Pyrosim Verification and Validation Manual (Dokumentasi Resmi Software Pyrosim tentang Validasi)
    • Buku Enclosure Fire Dynamics oleh Quintiere
    • Artikel Jurnal Ilmiah tentang Validasi Model CFD Kebakaran untuk Kasus Sederhana
    • Materi Presentasi Pelatihan Tingkat Menengah
    • Contoh Model Pyrosim Tingkat Menengah dan Studi Kasus
  • Contoh Hands-on:

    • Sesi 3: Membuat Model Multi-Ruangan dengan Kebakaran Material Padat
      • Peserta secara berkelompok membuat model multi-ruangan (misalnya dua ruangan terhubung dengan pintu) di Pyrosim.
      • Menambahkan Surface Burner pada salah satu ruangan untuk memodelkan kebakaran material padat (misalnya kayu).
      • Mengatur material dinding, lantai, dan langit-langit serta material bahan bakar dari Materials Library.
      • Mengatur mesh dan kondisi batas yang sesuai untuk model multi-ruangan.
        Image of Contoh model Pyrosim multiruangan dengan kebakaran material padat
    • Sesi 4: Menggunakan Control Objects dan Slice Files untuk Analisis Detail
      • Membuka model dari Sesi 3.
      • Menambahkan thermocouple (Control Objects) pada beberapa lokasi di ruangan untuk memantau temperatur.
      • Membuat Slice Files untuk menampilkan kontur temperatur dan asap pada bidang tertentu.
      • Menjalankan simulasi dan menganalisis data temperatur dari Control Objects dan visualisasi dari Slice Files.
      • dan
    • Sesi 5: Validasi Model dengan Perhitungan Manual Sederhana
      • Menggunakan model dari Sesi 3 dan 4.
      • Melakukan perhitungan manual sederhana untuk estimasi temperatur plume api atau laju aliran udara melalui pintu (berdasarkan teori fire plume atau ventilation sederhana).
      • Membandingkan hasil perhitungan manual dengan hasil simulasi CFD (misalnya temperatur maksimum di dekat api, laju aliran udara melalui pintu).
      • Mendiskusikan kesesuaian dan perbedaan hasil serta batasan validasi kualitatif ini.

3. Tingkat Mahir (Advanced) – Waktu: 4 Hari (32 Jam)

  • Topik:

    • Modul 7: Pemodelan Skenario Kebakaran Kompleks dan Fitur Lanjutan Pyrosim
      • Pemodelan Kebakaran di Bangunan Bertingkat dan Ruang dengan Geometri Kompleks
      • Memodelkan Sistem Ventilasi Mekanis dan Sistem Kontrol Asap di Pyrosim (HVAC Objects, Supply Fans, Exhaust Fans)
      • Pemodelan Sistem Sprinkler dan Sistem Pemadam Kebakaran Lainnya (Pengenalan Fitur)
      • Pemodelan Interaksi Kebakaran dengan Struktur Bangunan (Thermal Stress, Structural Failure) (Pengenalan Konsep)
      • Menggunakan Scripts dan Macros di Pyrosim untuk Otomatisasi dan Kustomisasi (Pengenalan)
    • Modul 8: Analisis Sensitivitas dan Optimasi Model CFD Kebakaran
      • Melakukan Analisis Sensitivitas Parameter Input Model CFD (Variasi Mesh Resolution, Properti Material, Kondisi Batas)
      • Mengidentifikasi Parameter Input yang Paling Berpengaruh terhadap Hasil Simulasi
      • Menggunakan Analisis Sensitivitas untuk Meningkatkan Robustness dan Kepercayaan Model
      • Optimasi Desain Sistem Proteksi Kebakaran Menggunakan Hasil CFD (Performance-Based Design)
      • Memahami Konsep Ketidakpastian dalam Pemodelan CFD dan Cara Menguranginya
    • Modul 9: Validasi Model CFD Tingkat Lanjut dan Aplikasi Studi Kasus Nyata
      • Metodologi Validasi Model CFD Tingkat Lanjut: Perbandingan dengan Data Uji Skala Penuh (Full-Scale Fire Tests), Data Kebakaran Nyata
      • Penggunaan Data Uji Kebakaran Skala Penuh untuk Kalibrasi dan Validasi Model CFD
      • Menerapkan Model CFD yang Tervalidasi untuk Studi Kasus Nyata:
        • Analisis Keselamatan Kebakaran Bangunan Kompleks (Bandara, Stasiun Kereta Api, Bangunan Tinggi)
        • Desain Sistem Kontrol Asap dan Sistem Ventilasi Darurat
        • Investigasi Kebakaran dan Rekonstruksi Skenario Kebakaran
      • Aspek Hukum dan Standar dalam Penggunaan CFD Fire Modelling untuk Aplikasi Rekayasa Kebakaran
  • Metode Pengajaran:

    • Seminar dan Presentasi Pakar dengan Studi Kasus Kompleks dan Contoh Aplikasi Nyata
    • Diskusi Kelompok Tingkat Lanjut dan Debat
    • Latihan Hands-on Proyek Kelompok: Membangun Model Bangunan Kompleks dan Melakukan Analisis Tingkat Lanjut
    • Presentasi Proyek Kelompok dan Sesi Peer Review
    • Sesi Tanya Jawab, Konsultasi Pakar, dan Diskusi Arah Pengembangan Riset dan Aplikasi
  • Waktu Pelatihan: 32 Jam (4 Hari)

  • Sumber Referensi:

    • FDS Validation Guide (Dokumentasi Resmi NIST tentang Validasi FDS)
    • Buku SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (Edisi Terbaru), khususnya Bagian tentang Computational Fire Modeling.
    • Artikel Jurnal Ilmiah dan Publikasi Teknik tentang Validasi Model CFD Kebakaran Tingkat Lanjut dan Studi Kasus Aplikasi.
    • Standar dan Panduan Internasional terkait Validasi Model CFD dan Aplikasi Performance-Based Design dalam Keselamatan Kebakaran.
    • Materi Presentasi Pelatihan Tingkat Lanjut dan Makalah Tambahan.
    • Contoh Model Pyrosim Kompleks dan Studi Kasus Tingkat Lanjut.
  • Contoh Hands-on:

    • Sesi 6: Proyek Kelompok: CFD Fire Modelling untuk Bangunan Bertingkat atau Industri Kompleks (Pilih Salah Satu: Bangunan Tinggi/Pabrik/Gudang)
      • Peserta dibagi menjadi kelompok.
      • Setiap kelompok memilih studi kasus bangunan bertingkat atau industri kompleks (misalnya bangunan tinggi perkantoran, pabrik dengan proses berbahaya, gudang penyimpanan bahan mudah terbakar) dan diberikan brief proyek (tujuan analisis, skenario kebakaran, pertanyaan penelitian).
      • Setiap kelompok membangun model bangunan kompleks di Pyrosim, menerapkan fitur lanjutan (sistem ventilasi, sistem sprinkler – jika memungkinkan), mengatur skenario kebakaran yang kompleks, dan menjalankan simulasi.
      • atau atau
        Image of Contoh model Pyrosim bangunan tinggi kompleks
    • Sesi 7: Analisis Sensitivitas dan Validasi Model Proyek (Sederhana)
      • Setiap kelompok melakukan analisis sensitivitas terhadap mesh resolution atau properti material pada model proyek mereka.
      • Melakukan validasi model secara sederhana dengan membandingkan hasil simulasi dengan data empiris yang tersedia (misalnya data dari literatur tentang kebakaran serupa atau data uji kebakaran skala kecil – jika tersedia).
    • Sesi 8: Presentasi Hasil Proyek dan Diskusi Studi Kasus
      • Setiap kelompok menyiapkan presentasi hasil proyek mereka, termasuk metodologi pemodelan, model Pyrosim, hasil simulasi, analisis sensitivitas, upaya validasi, dan kesimpulan/rekomendasi.
      • Presentasi proyek kelompok dan sesi peer review, umpan balik dari instruktur dan kelompok lain.
      • Diskusi studi kasus aplikasi CFD fire modelling dalam rekayasa kebakaran dan keselamatan kebakaran.