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

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 3차원 아트리움 공간(일본의 SIVANS 아트리움) 내에서 화재 발생시 복사가 고려된 연기의 거동을 알아보기 위해 자체개발한 SMEP(Smile Movement Estimating Program) field 모델을 사용하여 수치해석하였다. PISO 알고리즘과 부력항을 포함한 수정 k-ε 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 함께 고려했을 경우가 대류만을 고려했을 경우 보다 실험결과와 근사한 경향을 나타내었다. 이것은 연기속에 포함되어 있는 연소 생성물 중 H₂O와 CO₂가스의 복사 영향 때문이며, 따라서 좀더 실제적인 화재해석에 있어서 연기의 복사 영향을 고려하는 것이 필요하다. 또한 연층의 하강 속도는 약 0.1m/s이였으며 피난수준인 바탁 1.5m까지 연층이 도달하는데에는 560kW의 Ultra Fast Fire의 경우 약 450초의 시간이 걸렸다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper describes the smoke filling process of a fire field model based on a self-developed SMEP (Smoke Movement Estimating Program) code to the simulation of fire induced flows in the atrium solves (SIVANS atrium at Japan) containing smike radiation effect. The SMEP using PISO algorithm solves conservation equations for mass, momentum, energy and species, together with those for the modified k-ε turbulence model with buoyancy term. Also it solves the radiation equation using the discrete ordinates method. The result of the calculated smoke temperature containing radiation effect has shown a better prediction than the result calculated by only convection effect in comparison with the experimental data. This seems to come from the radiation erect of H₂O and CO₂gas under smoke productions. Thus, the consideration of the radiation effect under smoke in fire should be necessary in order to get more realistic result. Also the numerical resuls indicated that the the smoke layer is developing at a tare of about 0.1 m/s. It would take about 450 seconds after starting the ultra fast of 560kW that the smoke layer move down to 1.5m above the escape level.

목차 (Table of Contents)

• 1.서론
• 2.물리적인 조건
• 3.수학적 모델
• 1) 복사 열전달 방정식의 해석
• 2) S-N 근사식
• 3) S-N 근사식의 이산화
• 4.Plume 이론 및 입구 조건
• 5.수치해석 결과 및 고찰
• 6.결론