Interview met de heer Henk Krüs, expert op gebied van numerieke stromingsleer. In het interview wordt dieper ingegaan op de toepassing van CFD voor brandveiligheid.
Waarvoor is CFD goed toepasbaar?
Numerieke stromingsleer houdt alles in wat met stromingen en, meer in het algemeen, met fysische transportverschijnselen te maken heeft. Iedereen die koelt, rijdt of vliegt, die kijkt naar tocht en rookverspreiding of iets verdampt, die kan veel baat hebben van numerieke simulaties.
In de maakindustrie wordt het (enorm) veel gebruikt bij het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe producten (zoals in de luchtvaartindustrie, huishoudelijke apparaten, machines en met name in de automobielindustrie), in de procesindustrie bij het ontwerpen van nieuwe processen en apparaten, in de architectuur (behaaglijkheidstudies) en de bebouwde omgeving (veelal windhinder maar ook verspreidingsstudies).
En tot slot, iedereen die dagelijks naar de weervoorspellingen kijkt, ziet de resultaten van (speciale) numeriek stromingsleer programma’s (kijk ook eens naar het weer op de Tagesthemen van het eerste Duitse net).
Iedereen die rekent, of numeriek experimenteert, in de maak- en procesindustrie doet dat niet om experimenten of (duur)proeven overbodig te maken, maar veeleer om het aantal prototypes en proeven te minimaliseren (liefst tot een). Numerieke simulaties
kunnen uitgevoerd worden zonder prototypes en doordat ze eerder in het ontwerpproces plaats vinden zijn de kosten ook navenant minder. Idealiter combineert men numerieke en experimentele simulaties onder het motto ‘Meten is weten, als je weet wat je meet’. En voor dat laatste zijn simulaties heel erg belangrijk.
Welke programma’s worden het meest gebruikt?
Dat hangt van het vakgebied en de toepassing af. Er zijn speciale programma’s voor speciale toepassingen tot ‘general purpose programma’s’ die meer algemeen toepasbaar zijn.
De top drie van de commerciële general purpose pakketen bestaat uit de verschillende versies van Fluent, CFX en Star-CD. Daarnaast bestaan er bijna voor elk vakgebied aparte specialistische programma’s (zoals FDS voor speciale brandsimulaties). En uiteraard worden in de academische wereld veelal eigen programma’s gebruikt.
Zijn er opleidingen en certificaten voor personen die met CFD werken?
Er zijn geen opleidingen en al helemaal geen algemene certificeringen. Een opleiding tot CFD-specialist heeft ook in het algemeen weinig zin, zonder een degelijke ingenieursopleiding en fysisch en wiskundig inzicht heb je niets aan een ‘rekenaar’. Hetzelfde geldt overigens ook voor een goede experimentator. Iemand die net van een technische universiteit of hogere beroepsopleiding afgestudeerd is, of zelfs gepromoveerd is, heeft wellicht net even aan de wonderlijke wereld van numerieke simulaties geroken maar dat maakt hem of haar nog geen specialist.
Welke hoofdzaken moeten minimaal in een brandveiligheidsrapportage met CFD staan?
Dat is een lastige vraag. In de NEN-norm 8100 ‘Windhinder en windgevaar in de gebouwde omgeving’ die in maart 2006 verschenen hebben we daar ook een poging toe gedaan. Uiteindelijk zijn we daar (terecht) relatief vaag over gebleven. Regelmatig verschijnen er ‘best practises guides’ en in de regel zijn het open deuren of er
staat iets in met ‘het hangt ervan af’. Kortom zonder degelijk vakinhoudelijke kennis, fysisch inzicht en liefst ook een wiskundige basis kom je er niet. De numerieke stromingsleer is geen kwestie van een knopje F9 drukken en als je maar de juiste procedures gevolgd hebt dan rolt het mooie plaatje ervanzelf uit.
Zijn er ooit branden vergeleken met CFD berekeningen? (zo ja, waren de CFD berekeningen correct?)
O ja zeker. En correct waren ze ook. Het National Institute of Standards and Technology (NIST), en met name de afdeling Building and Fire Research Laboratory (BFRL), doen dat regelmatig (en vaak met FDS, zoals de branden in de Twin Towers).
Een klassieker is de studie naar de brand en de gevolgen in de Kings Cross Underground Station van 18 november 1987 door Harwell. De studie werd ook uitgevoerd met het programma Flow3D (een voorloper
van CFX-4) en daarbij werd een brandverloop ontdekt dat door de brandweerspecialisten als ‘onwaarschijnlijk’ gekwalificeerd werd. Vervolgens werden experimenten uitgevoerd die dat verloop bevestigden. Een lucifertje en een klein brandje werd onverwacht een grote ramp. De rol van die de numerieke simulaties hebben gespeeld is goed te zien in het programma ‘Blueprint for Disaster’ of ‘Seconds from Disaster’ op zenders als Discovery, Canvas of National Geographic.
In Nederland speelden numerieke simulaties van de gevolgen van een brand in belangrijke rol in de parlementaire enquête over de Bijlmerramp (op 4 oktober 1992). In opdracht van het RIVM is door
Cyclone Fluid Dynamics in 1998 een numeriek onderzoek verricht naar de verspreiding van de rook- en verbrandingsgassen. We hebben een scenario van de allerslechtste omstandigheden aangenomen. Het geeft
een theoretische bovengrens aan van de blootstelling. We gingen uit van de meest ongunstige omstandigheden ter plekke, waarbij alles in een korte tijd verbrand is en verwaaid. Een ‘worst case’ scenario
gaat uit van de slechtste omstandigheden bij de analyse. De conclusie was dat er een beperkt risico was voor omwonenden, hulpverleners en brandweer.
Wie is Henk Krüs?
Na zijn studie Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in Delft is de heer Krüs in 1984 aan de Fakultät für Brauwesen, Lebensmitteltechnologie und Milchwirtschaft van de TU München-Weihenstephan begonnen met het schrijven van zijn eerste CFD-programma.
Hierna heeft de heer Krüs zich enkele jaren bezig gehouden met de prestaties en aanpassen van (commerciële) CFD
programma’s op supercomputers.
Vervolgens is hij weer terug gekomen naar Nederland om CFD toe te passen bij met name de motorenontwikkeling en externe aërodynamica bij een vrachtwagenfabrikant.
Sinds 1993 is de heer Krüs actief als zelfstandig
raadgevend ingenieur actief, en later ook met medewerkers, op het
vlak van de industriële aëro- en hydrodynamica. De heer Krüs gebruikt numerieke simulaties als gereedschap voor de adviezen en analyses van tal van Nederlandse en buitenlandse maakbedrijven, overheden en instituten.
