Large Eddy Simulation of Fire and Smoke Control in a Compartment with Large Openings

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Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering 2003;17(3):7-12.
Published online September 30, 2003.

큰 개구부가 있는 공간의 화재와 제연의 대와류모사

박외철

부경대학교 공과대학 안전공학과

Large Eddy Simulation of Fire and Smoke Control in a Compartment with Large Openings

요약

지하철 역과 같이 대형 개구부가 있는 공간의 화재와 제연을 조사하기 위해, 지하철 역과 유사한 구조의 4 m ${ imes}$ 1 m ${ imes}$ 1.5m 크기의 공간 내 50 kW의 폴리우레탄 화재에 대한 수치모사를 수행하였다. 대와류모사를 난류모델로 사용하고, 혼합분율 연소모델과 복사 유한체적법을 사용하였다. 화재 발생 후 5초부터 급배기방식과 급기방식, 배기방식의 세가지 기계 제연방식이 각각 작동했을 때 제연방식에 따른 승강장과 출입통로의 공기온도와 연기이동을 비교하였다. 제연방식 가운데 급배기방식의 제연성능이 가장 좋고 안전한 것으로 나타났다. 그러나 지하철 역에 사용되고 있는 급기방식은 급기구를 통해 공급된 공기가 고온의 연기와 혼합됨으로써 제연성능이 오히려 자연제연방식보다 불량하므로 지하철 역과 같은 구조에서는 적합하지 않음을 확인하였다.

Abstract

A 50 kW polyurethane fire in a compartment of 4 m ${ imes}$ 1 m ${ imes}$ 1.5m with large openings similar to a subway station was simulated by a large eddy simulation to investigate the fire and smoke control. The NIST FDS, which employed a mixture fraction combustion model and a finite volume method for radiation, was utilized. Distribution of temperature and smoke particles was compared with in the lower and upper corridors for three different smoke control systems, ventilation, purge, and extraction, starting in 5 sec from the ignition of the fire. For the given geometries, the ventilation system showed the best smoke removal rate and lowest temperature distribution in the both corridors. It was confirmed that the purge system is not recommended for a subway station since the smoke removal rate of the purge system was worse than that without a smoke control system.

Key Words: Subway station, Smoke control systems, Ventilation system, Purge system, Extraction system, Large eddy simulation