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아트리움에서 화재 발생시 복사가 고려된 연기거동에 대한 수치해석 연구
A Numerical Study of Smoke Movement with Radiation in Atrium Fires 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.15 no.1, 2001년, pp.7 - 15  

정진용 (중앙대학교 기계공학과 대학원) ,  유홍선 (중앙대학교 기계공학과) ,  홍기배 (충주대학교 열공학과)

초록
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본 연구는 3차원 아트리움 공간(일본의 SIVANS 아트리움)내에서 화재 발생시 복사가 고려된 연기의 거동을 알아보기 위해 자체개발한 SMEP(Smoke Movement Estimating Program) Held 모델을 사용하여 수치해석하였다. PISO 알고리즘과 부력항을 포함한 수정 k-$\\varepsilon$ 난류모델을 사용한 SMEP은 연속, 운동, 에너지, 농도 그리고 복사 열 전달 방정식을 풀었으며, 복사 열 전달 방정식의 해석을 위하여 S-N 구분종좌표법을 채택하여 사용하였다. 수치해석 결과 연기의 온도분포는 복사와 대류를 힘께 고려했을 경우가 대류만을 고려했을 경우 보다 실험결과와 근사한 경향을 나타내었다. 이것은 연기속에 포함되어 있는 연소생성을 중 $H_2$O와 $CO_2$ 가스의 복사 영향 때문이며, 따라서 좀더 실제적인 화재해석에 있어서 연기의 복사 영향을 고려하는 것이 필요하다. 또한 연층의 하강 복도는 약 0.l m/s이었으며 피난수준인 바닥 1.5m까지 연층이 도달하는 데에는 56 kW의 Ultra Fast Fire의 경우 약 450초의 시간이 걸렸다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the smoke filling process of a fire field model based on a self-developed SMEP (Smoke Movement Estimating Program) codo to the simulation of fire induced flows in the atrium space (SIVANS atrium at Japan) containing smoke radiation effect. The SMEP using PISO algorithm solves co...

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  • 난류유동의 경우 벽 근처 영역에서의 유동은 흐름 방향에 따라 압력구배가 없는 1차원 Coutte유동처럼 거동하며 전단력은 일정하다고 가정한다. 그리고 벽 근처에서는 국부적으로 난류 운동에너지의 생성과 소멸이 같다는 등방성이 지배적이라는 가정하에 벽 법칙을 적용하여 벽 근처에서의 확산계수들을 고려하였다.
  • 입구 경계조건은 입구에서 모든 종속변수들의 값들을 알고 있다는 Dirichlet 형태를 사용하였고, 출구 경 계조건은 Neumann 형태를 사용하였으며 벽면 경계조건은 No-slip 조건을 적용하였다. 난류유동의 경우 벽 근처 영역에서의 유동은 흐름 방향에 따라 압력구배가 없는 1차원 Coutte유동처럼 거동하며 전단력은 일정하다고 가정한다. 그리고 벽 근처에서는 국부적으로 난류 운동에너지의 생성과 소멸이 같다는 등방성이 지배적이라는 가정하에 벽 법칙을 적용하여 벽 근처에서의 확산계수들을 고려하였다.
  • 따라서 가스상태에서는 입자가 포함되지 않기 때문에 복사의 산란영향을 무시하였으며 복사 에너지 의 흡수 및 방출영향을 고려하기 위하여 흡수계수가 파장에 대해 상수인 경우 (gray gas approximation)에 대하여 고려하였다. 모든 고체 벽면에 대해서는 균일한 반사를 하는 불투명한 벽면(diffusely reflecting opaque walls)을 가정하여 벽면에서의 복사강도를 다음과 같이 고려하였다.
  • 본 연구에서는 3차원 S-4 구분종좌표(24개의 방향) 법을 사용하였고, 가스는 회색체를 가정하였으며 흡수계수 a=1.0[m-1], 산란계수 os=0.0[m-1] 그리고 반사율 pw=0.0으로 고려하였다.
  • 연소생성물은 global single-step reaction으로 완전연소하여 H2O와 CO2의 가스상태로만 존재한다고 가정하였다. 따라서 가스상태에서는 입자가 포함되지 않기 때문에 복사의 산란영향을 무시하였으며 복사 에너지 의 흡수 및 방출영향을 고려하기 위하여 흡수계수가 파장에 대해 상수인 경우 (gray gas approximation)에 대하여 고려하였다.
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