A Numerical Study on the Stack Effect and the Neutral Plane of a Single Simplified Shaft

Heung-Kyun, Jeon; Young-Sang, Choi; Hong-Lok, Choo

Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering 2009;23(5):143-152.
Published online October 31, 2009.

단일 단순수직통로의 연돌효과와 중성대에 관한 수치해석 연구

전흥균, 최영상, 추홍록

¹대구보건대학 소방안전관리과²대구보건대학 소방안전관리과³대구보건대학 소방안전관리과

A Numerical Study on the Stack Effect and the Neutral Plane of a Single Simplified Shaft

Jeon Heung-Kyun, Choi Young-Sang, Choo Hong-Lok

요약

초고층건물의 수직통로에서 발생하는 연돌효과의 기체역학적 특성과 관련된 차압과 중성대의 위치 계산 및 연돌효과 발생의 가시화를 위하여 3가지 형태의 개구부를 갖는 단일 단순수직통로에 대하여 CFD 모델을 사용하여 수치해석을 하였다. 연돌효과의 차압은 이론식 계산 결과와 비교 시 수직통로의 높이가 높아질수록 차이가 커진다. 중성대 위치는 연돌효과 초기(t = 10s)에 Type A의 경우 수직통로의 높이가 30m 미만인, Type B의 경우 30m 이상인 모델에서 이론식 계산 결과와의 편차가 5% 미만으로 잘 일치한다. 따라서 수직통로 높이가 30m 이상인 다중개구부 수직통로(Type B)의 경우 CFD 모델을 사용하여 중성대 위치를 계산하는 것이 가능하다. 연돌효과의 가시화를 통하여 연돌효과의 공기 유동 현상을 쉽게 이해할 수 있다.

Abstract

The numerical analyses for each single simplified shaft with three type openings were carried out by using computational fluid dynamics model for the calculation of the pressure difference and the location of the neutral plane and the visualization of stack effect. As the height of shaft heighten, the pressure difference of stack effect is much deviated against the theoretical value. For the Type A models shorter than 30 m height of shaft and the Type B models longer than 30m, the simulation results for the location of the neutral plane are well agreed to the theoretical values with 5% less deviations just after the beginning of simulation (t = 10s). For the Type B models longer than 30m with multiple openings, therefore, it is possible to calculate the location of the neutral plane by using a CFD model. The phenomenon of the air flow of stack effect can be easily understood with the visualization of stack effect.

Key Words: Single simplified shaft, Pressure difference, Neutral plane, Stack effect, CFD model