초록 ▼

본 과제의 최종목표는『대형화재 해석코드개발 및 FDS화재코드 이식용 모듈코드 개발』이며, 이러한 대형화재 해석을 위한 LES기반의 화재해석 코드의 확보를 위해 대형화재 해석에 적합한 LES모델을 조사, 모델별 유동해석의 특성을 분석, 대형화재 해석을 위한 LES모델의 코드 작성 및 FDS 화재코드와 연동하여 작동할 수 있는 모듈코드의 개발의 과정을 계획하였다. 이를 위해 1차년도에는 FDS 화재해석코드의 특성을 분석과 LES 난류모델의 조사 및 선정, LES 난류모델별 정량적 성능검증, LES 난류모델별 대형화재 해석특성을 분석하였

본 과제의 최종목표는『대형화재 해석코드개발 및 FDS화재코드 이식용 모듈코드 개발』이며, 이러한 대형화재 해석을 위한 LES기반의 화재해석 코드의 확보를 위해 대형화재 해석에 적합한 LES모델을 조사, 모델별 유동해석의 특성을 분석, 대형화재 해석을 위한 LES모델의 코드 작성 및 FDS 화재코드와 연동하여 작동할 수 있는 모듈코드의 개발의 과정을 계획하였다. 이를 위해 1차년도에는 FDS 화재해석코드의 특성을 분석과 LES 난류모델의 조사 및 선정, LES 난류모델별 정량적 성능검증, LES 난류모델별 대형화재 해석특성을 분석하였다.

Abstract ▼

Ⅲ. Result of Study
◦ The purpose of this research is to develop big fire analysis codes and module codes for FDS fire code transplant. To secure LES-based fire analysis code for such a big fire analysis, this research planned the processes for LES model investigation suitable for big fire analysi

Ⅲ. Result of Study
◦ The purpose of this research is to develop big fire analysis codes and module codes for FDS fire code transplant. To secure LES-based fire analysis code for such a big fire analysis, this research planned the processes for LES model investigation suitable for big fire analysis, flow interpretation characteristics analysis by model, drawing up LED model for big fire analysis and module code development that can work in linkage with FDS fire codes. In the first year, this research analyzed FDS fire analysis codes, investigated and selected LES turbulence models, conducted quantitative performance verification by LED turbulence model and analyzed big fire analysis characteristics by LES turbulence model.
1. Source code characteristics analysis of FDS fire codes
a. Large Eddy Simulation
The LES equations are derived by applying a low-pass filter of width D to the DNS equations. The kernel usually associated with finite volume LES is a box filter—grid resolved quantities are physically interpreted as cell means. This interpretation is somewhat misleading (see [25]), but a thorough discussion of filtering is beyond our scope, so the cell mean interpretation will suffice. In FDS, the filter width is taken to be the cube root of the cell volume.
b. The LES Momentum Equation
With engineering domains ranging in size from meters to kilometers, the affordable grid resolution for most LES fire calculations ranges from centimeters to meters. The goal of the LES is to evolve the cell mean values of mass, momentum, and energy explicitly, while accounting for the effects that subgrid transport and chemistry have on the mean fields. To this end, we apply the box filter to the DNS equations to obtain the filtered equations.
2. LES Turbulence Model Code Drawing up and Verification
◦ In LES, the “turbulence model” refers to the closure for SGS flux terms. In FDS, gradient diffusion is the turbulence model used to close both the SGS momentum and scalar flux terms. We then require a model for the turbulent transport coefficient: the turbulent (or eddy) viscosity or the turbulent (or eddy) diffusivity. The turbulent diffusivity is obtained using a constant Schmidt number (for mass diffusivity) or Prandtl number (for thermal diffusivity), as discussed below, and so the most important transport coefficient is the turbulent viscosity, μt . There are several different options available in FDS. Following is a description of each. The Deardorff model is the default.
가. Constant Coefficient Smagorinsky Model
나. Deardorff’s Model
다. Dynamic Smagorinsky Model
라. Lagrangian Dynamic Smagorinsky Model
마. Vreman’s Model
3. LES Turbulence Model Code Drawing up and Verification
This research interpreted a flat board problem having a simple shape for flow interpretation. For the turbulence flat board problem, many researches have been conducted, and many equations pertaining to flat board have been suggested.
This research conducted a numerical analysis on basic flat board flow to inspect the quantitative reliability of FDS' Constant Smagorinsky turbulence model. To compare with this, this research carried out a numerical analysis on the same flow field using the Dynamic Smagorinsky model, Deardorff model and Vreman model. As a result of the analysis, the Dynamic Smagorinsky model and Verman model demonstrated very satisfactory results in the viscous sub-layer, but the Deardorff model and FDS' turbulence model showed forecasted values that did not reach standard value. Especially, the turbulence model of FDS exhibited great difference form the standard value, and thus, the model showed performance not suitable for big fire analysis.
4. Analysis of Large Fire's Turbulence Characteristics
This research analyzed smoke's flow inside of the space using the LES model of Smagorinsky used by FDS and three other LES models by targeting the Murcia Atrium Fire Test carried out in Murcia, Spain so as to evaluate the large space fire analysis performance of FDS, and compared the results.
As a result of the analysis, the currently used FDS v.5.3 contains many errors to use in big fire analysis. Through this research, it was confirmed that the need for turbulence model development is urgent for large scale fire analysis, because the FDS v.5.s has a concern to cause many errors, in the case of complex flow with powerful turbulence force even in a small scale fire analysis.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 6
• ABSTRACT ... 12
• 목 차 ... 20
• 표 목 차 ... 23
• 그림 목차 ... 24
• LIST ... 26
• List of Table ... 30
• List of Figures ... 31
• 제1장 서 론 ... 32
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 34
• 1. 연구의 필요성 ... 34
• 2. 국내외 현황 ... 36
• 제2절 연구 추진체계 및 추진일정 ... 41
• 1. 연구 추진체계 ... 41
• 2. 연차별 연구추진 일정 ... 42
• 제2장 연구목표 및 범위 ... 44
• 제1절 연구목표 ... 46
• 1. 최종목표 ... 46
• 2. 연차별 목표와 최종목표의 연계성 ... 47
• 3. 연차별 연구목표 ... 47
• 제2절 연차별 연구내용 및 수행방법 ... 48
• 1. 연차별 세부 연구내용 ... 48
• 2. 연차별 연구 수행방법 ... 49
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 52
• 제1절 FDS 화재코드 특성 분석 ... 54
• 1. Large Eddy Simulation ... 54
• 2. 난류 점성 모델 ... 59
• 3. 운동량 방정식의 단순화 ... 66
• 제2절 LES 난류모델 조사 및 선정 ... 69
• 1. Constant Coefficient Smagorinsky Model ... 69
• 2. Deardorff’s Model ... 69
• 3. Dynamic Smagorinsky Model ... 77
• 4. Lagrangian Dynamic Smagorinsky Model ... 80
• 5. Vreman’s Model ... 86
• 제3절 LES 난류모델 코드 검증 ... 97
• 1. 평판 유동 해석 ... 97
• 2. 평형평판내 입방체 유동 해석 ... 100
• 제4절 대형화재 난류특성 분석 ... 107
• 1. 분석 방법 ... 107
• 2. 분석 결과 ... 109
• 3. 결론 ... 111
• 제5절 연구분야별 WBT 성과요약 ... 112
• 1. WBT 목표 기술수준 및 타당성 ... 112
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야의 기여도 ... 114
• 제1절 연구개발 목표 및 평가의 착안점 ... 116
• 1. 대표성과 및 성과물 ... 116
• 2. 성과목표 및 도출 근거 ... 117
• 3. 성과지표 및 평가(검증)방법 ... 117
• 제2절 연구개발 목표의 달성도 ... 118
• 1. 성과지표 달성을 위한 연도별 목표 ... 118
• 제5장 연구개발 기대효과 및 활용계획 ... 120
• 제1절 연구의 기대효과 ... 122
• 1. 기술적 기대효과 ... 122
• 2. 사회적 기대효과 ... 122
• 제 2절 성과 활용방안 ... 123
• 1. 활용 방안 ... 123
• 참고문헌 ... 124
• 부 록 (LDS모델 소스코드) ... 128
• 서지자료 ... 148
• 끝페이지 ... 149