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Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering 2010;24(5):32-38.
Published online October 31, 2010.
구획화재에서 환기조건의 변화가 화재특성에 미치는 영향 (Part II: 다차원 화재거동)
김종현, 고권현, 박충화, 황철홍
1한국승강기대학 메카트로닉스과2동양대학교 건축소방행정학과3대전대학교 소방방재학과4대전대학교 소방방재학과
Effects of Ventilation Condition on the Fire Characteristics in Compartment Fires (Part II: Multi-dimensional Fire Dynamics)
Kim Jong-Hyun, Ko Gwon-Hyun, Park Chung-Hwa, Hwang Cheol-Hong
실규모 ISO 9705 표준 화재실에서 환기조건 변화에 따른 다차원 화재거동에 관한 수치해석적 연구가 수행되었다. 선행된 실험과 동일한 조건에 대하여 FDS(Fire Dynamic Simulator)가 사용되었다. 과환기화재 및 환기부족화재의 발생을 위하여 연료 유량과 출입구의 폭이 변화되었다. 주요 결과로서, 환기부족화재의 내부 유동패턴은 과환기화재와 비교할 때 반대방향을 갖으며, 그 결과 다량의 고온 생성물이 구획내부에서 재순환되는 매우 중요한 특징을 확인하였다. 환기조건에 따른 유동패턴의 변화는 구획 내부에서 고온 생성물의 체류시간을 크게 변화시키며, CO 및 그을음의 복잡한 생성과정에 큰 영향을 미칠 수 있다. 환기부족화재는 구획 내부의 열 및 유동구조 뿐만 아니라 화학종의 분포에 관하여 매우 복잡한 3차원 구조를 생성하였다. 특히, 구획 내부의 측면에서 추가적인 반응은 유동패턴 및 CO 생성에 매우 큰 영향을 주고 있다. 복잡한 CO의 분포는 3차원 산소 농도의 분포 및 유동 패턴을 통해 체계적으로 분석되었다. 위 결과로 부터 고온 상층부에서 측정된 국부 화학종 농도는 구획 내부의 화재특성을 규명하는데 많은 한계가 있음을 확인할 수 있었다.
Multi-dimensional fire dynamics were studied numerically with the change in ventilation conditions in a full-scale ISO 9705 room. Fire Dynamic Simulator (FDS) was used for the identical conditions conducted in previous experiments. Flow rate and doorway width were changed to create over-ventilated fire (OVF) and under-ventilated fire (UVF). From the numerical simulation, it was found that the internal flow pattern rotated in the opposite direction for the UVF relative to the OVF so that a portion of products recirculated to the inside of compartment. Significant change in flow pattern with ventilation conditions may affect changes in the complex process of CO and soot formation inside the compartment due to increase in the residence time of high-temperature products. The fire behavior in the UVF created complex 3D characteristics of species distribution as well as thermal and flow structures. In particular, additional burning near the side wall inside the compartment significantly affected the flow pattern and CO production. The distribution of CO inside the compartment was explained with 3D $O_2$ distribution and flow patterns. It was observed that gas sampling at local positions in the upper layer were insufficient to completely characterize the internal structure of the compartment fire.
Key Words: Compartment fire, FDS (Fire Dynamic Simulator), Ventilation condition, Fire dynamics, CO(Carbon monoxide)

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