Each year fires destroy millions of acres of woodland, lives, and property, and significantly contribute to air pollution. Increased knowledge of the physics and properties of the flame propagation is necessary to broaden the fundamental understanding and modeling capabilities of fires. Modeling flame propagation in fires is challenging because of the various modes of heat transfer with diverse fuels, multi-scale turbulence, and complex chemical kinetics. Standard physical models of turbulence like RANS and LES have been used to understand the flame behavior, but these models are limited by computational cost and their inability to resolve sub-grid scales. Application of several other models and empirical studies in fire modeling are usually limited to fire spread rate only. In some fires, flame propagation often occurs through convective heating by direct flame contact as opposed to radiative preheating alone. Under these conditions, resolution of the flame front can provide the detailed physics and insights into the flame propagation. The One Dimensional Turbulence (ODT) model is extended to turbulent flame propagation in biomass fuel beds representative of those in wild land fires. ODT is a stochastic model that is computationally affordable and can resolve both large and fine scales. ODT has been widely applied to many reacting and non-reacting flows like jet flames and pool fires. A detailed particle combustion model has been developed and implemented in the ODT model to investigate the fluctuating flame-fuel interface and to study flame propagation properties. The particle reaction is modeled as a single global decomposition reaction model. Radiative, convective, and internal particle conductive heat transfer are included. Gaseous combustion is modeled with a lookup table parameterized by mixture fraction and fractional heat loss using steady laminar flame let solutions. Results are presented from simulations of flame propagation in buoyantly driven flows. Particle size and loading are varied to study their effects in flame spread. A timescale analysis is performed to compare radiative, convective, conductive, and reactive particle time scales to the turbulent fluctuations. The flame propagation in homogeneous turbulence is also studied which better represents the wildland fire. The time scales involved in the wildland fire are overlapped using LEM model to study their effects on the flame properties and flame spread.

Environmental issues and the housing shortage is an ongoing debate among politicians. Wood is a building material that Sweden has plenty of and it is a material that, according to research, does not contribute to as much carbon dioxide emissions during production, compared to other construction materials such as concrete and steel. Therefore the demand for timber, in both facade claddings and external wall constructions, is increasing. In light of this, the purpose with this degree project is to study different fire protection methods for wood and compare it to untreated wood. Collecting the facts and information for this degree project at Mälardalens University, is done through literature studies, surveys, and two experiments conducted on two selected fire retardants. The experiments were conducted to test untreated, fire protection impregnated and wood with fire proof paint. One of the experiments tested the load-carrying capacity of the beams after being charred with a gas burner. The other experiment investigated the surface layer and measured the fire spread rate and both experiments tested the fire resistance. The experiments that were conducted concluded that out of the three different methods for facades and beams, fire protection impregnation was the best choice in all five chosen categories: load-carrying capacity, fire resistance, surfaces, environmental impact and health safety for workers. / Miljöfrågan och bostadsbristen är två pågående debatter bland politikerna. Ett byggmaterial som både är miljövänligt och lätt att bygga med är trä. Det är ett byggmaterial som Sverige har gott om och enligt forskning bidrar det inte med lika mycket koldioxidutsläpp vid produktionen jämfört med andra konstruktionsmaterial som betong och stål. Enligt äldre bygglagstiftningar var det enbart tillåtet att bygga hus med två våningar i trä. Det var godkänt att bygga hus med tre våningar om den nedersta våningen bestod utav sten och de två översta i trä. Den nya bygglagstiftningen har inga begränsningar på att använda trä i ytterväggar, oberoende av byggnadsklass så länge de uppfyller funktionskraven. Byggsektorn har varit medveten om att de fick bygga flervåningshus i trä men inte hur det skulle utföras och samtidigt uppfylla bygglagstiftningens krav. Resultatet av ändringarna i bygglagstiftningen, Boverkets byggregler, ökade efterfrågan och utbudet på brandskyddsmedel till trä. De vanligaste produkterna som finns ute för konsumenten är brandskyddsfärg och brandskyddsimpregnering. Trä kan genom brandskyddsimpregnering eller brandskyddsfärg få en brandteknisk klass enligt det europeiska systemet, EN 13501-1, upp mot B-s1,d0 som är högre än för obehandlat trä, Ds1, d0. Tekniskt sett går det att bygga Br1-byggnader med obehandlat trä, dock så krävs det ett antal åtgärder för att uppfylla Boverkets byggreglers funktionskrav, till exempel att installera automatiska släcksystem eller enbart ha trä på en begränsad del av fasaden. Med brandskyddsbehandling går det idag endast att uppnå brandteknisk ytskiktsklass B-s1,d0, vilket inte är tillräckligt enligt Boverkets byggregler som kräver lägst obrännbara fasadbeklädnader i ytskiktsklass A2-s1,d0 för att uppfylla allmänna råden. Fasadbeklädnader av trä, oavsett brandteknisk klass, kan testas med provmetoden SP FIRE 105 och därmed uppfylla föreskriftens krav på ytterväggskonstruktioner med avseende på brandspridning längs fasadytan. Syftet med arbetet är att jämföra olika brandskyddsmetoder av trä och undersöka vilken eller vilka som är bäst lämpad att använda i flervåningshus ur bland annat miljö-, arbetsmiljö- och brandsynpunkt. Detta uppnås genom en litteraturstudie som fokuserar på ämnet brandskyddsmetoder av trä och genom två försök genomfördes för att testa obehandlat, brandskyddsimpregnerat och brandskyddsmålat trä. Ett försök testade bärförmågan efter brandpåverkan, andra undersökte ytskikt, och båda försöken testade brandmotstånd. Bärförmågan testades genom att brandpåverkade reglar blev utsatta för en central punktlast i en Instron- maskin. Ytskikten prövades genom ett enklare försök baserad på testmetoden SP FIRE 105 på tre fasader. En obehandlad, en brandskyddsimpregnerad och en brandskyddsmålad. Mätningar och dokumentation gjordes med bland annat mätinstrument som plattermoelement och filmkamera. Båda typerna av brandskyddsmetoder kräver en kemisk framställning som varken är bra för naturen eller människan. Produktionen är automatiserad och därmed inte någon risk för någon människa. Den färdiga produkten är varken skadlig för miljön, människor eller djur, sålänge inte produkterna förtärs i större omfattning. Resultatet från undersökningen av de tre olika fasaderna visade att det brandskyddsimpregnerade virket klarade sig bäst i alla fem kategorier: bärförmåga, brandmotstånd, ytskikt, miljöpåverkan och arbetsmiljö. Slutsatsen är av det två typer av brandsskyddsmedel för trä som testades, är brandskyddsimpregnering den mest lönsammaste alla fem kategorier. Produkten är lätthanterad, avger inga farliga gaser och är i snitt inte dyrare än det obehandlade materialet. Dock är det viktigt att tänka på brandskyddsarbete och inte släppa på säkerheten för att konstruktionen byggs med brandskyddsimpregnerat trä.

"Review of the literature shows that the reported correlation between predictions and experimental data of flame spread vary greatly. The discrepancies displayed by the models are generally attributed to inaccurate input parameters, user effects, and inadequacy of the model. In most experiments, the metric to which the model is deemed accurate is based on the prediction of the heat release rate, but flame spread is a highly complex phenomenon that should not be simplified as such. Moreover, fire growth models are usually made up of distinctive groups of calculation on separate physical phenomena to predict processes that drive fire growth. Inaccuracies of any of these “sub-models” will impact the overall flame spread prediction, hence identifying the sources of error and sensitivity of the subroutines may aid in the development of more accurate models. Combating this issue required that the phenomenon of flame spread be decomposed into four components to be studied separately: turbulent fluid dynamics, flame temperature, flame heat transfer, and condensed phase pyrolysis. Under this framework, aspects of a CFD model may be validated individually and cohesively. However, a lack of comprehensive datasets in the literature hampered this process. Hence, three progressively more complex sets of experiments, from free plume fires to fires against an inert wall to combustible wall fires, were conducted in order to obtain a variety of measurements related to the four inter-related components of flame spread. Multiple permutations of the tests using different source fuels, burner size, and source fire heat release rate allowed a large amount of comparable data to be collected for validation of different fire configurations. FDS simulations using mostly default parameters were executed and compared against the experimental data, but found to be inaccurate. Parametric study of the FDS software shows that there are little definitive trends in the correlation between changes in the predicted quantities and the modeling parameters. This highlights the intricate relationships shared between the subroutines utilized by FDS for calculations related to the four components of flame spread. This reveals a need to examine the underlying calculation methods and source code utilized in FDS."