The purpose of this study is to identify and improve the performance of the adjacent room ventilation system in living room ventilation facilities, and compare and analyze the smoke control regulations of the NFPA code and the national fire safety standard (NFSC). The analysis method was fire dynamics simulation (FDS) and was used to analyze the, variations of the air supply amount, width of the boundary, change in indoor combustion and wind velocity of the incoming air. It was found to be advantageous to secure the clean layer when the amount of air supplied is less than the amount of discharged air in the fire room. However, in the supply room, it is more effective to secure the clean layer when the amount of supplied air is larger than the amount of discharged air, as a longer boundary width gives rise to better performance. In addition, it is necessary to consider the amount of air supplied and discharged as a function of the kind of flammable material. Moreover, decreasing the air inlet wind speed and amount of incoming air is advantageous for securing the clean layer of the fire room.
The objective of this study is to formulate a general 3D material-structural analysis framework for the thermomechanical behavior of steel-concrete structures in a fire environment. The proposed analysis framework consists of three sequential modeling parts: fire dynamics simulation, heat transfer analysis, and a thermomechanical stress analysis of the structure. The first modeling part consists of applying the NIST (National Institute of Standards and Technology) Fire Dynamics Simulator (FDS) where coupled CFD (Computational Fluid Dynamics) with thermodynamics are combined to realistically model the fire progression within the steel-concrete structure. The goal is to generate the spatial-temporal (ST) solution variables (temperature, heat flux) on the surfaces of the structure. The FDS-ST solutions are generated in a discrete form. Continuous FDS-ST approximations are then developed to represent the temperature or heat-flux at any given time or point within the structure. An extensive numerical study is carried out to examine the best ST approximation functions that strike a balance between accuracy and simplicity. The second modeling part consists of a finite-element (FE) transient heat analysis of the structure using the continuous FDS-ST surface variables as prescribed thermal boundary conditions. The third modeling part is a thermomechanical FE structural analysis using both nonlinear material and geometry. The temperature history from the second modeling part is used at all nodal points. The ABAQUS (2003) FE code is used with external user subroutines for the second and third simulation parts in order to describe the specific heat temperature nonlinear dependency that drastically affects the transient thermal solution especially for concrete materials. User subroutines are also developed to apply the continuous FDS-ST surface nodal boundary conditions in the transient heat FE analysis. The proposed modeling framework is applied to predict the temperature and deflection of the well-documented third Cardington fire test.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.6
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pp.18-28
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2006
Numerical analysis of high Mach number flow over a blunt-body poses many difficulties and various numerical schemes have been suggested to overcome the problems. However, the new schemes were used in the limited fields of applications because of the lack of field experience compared to more than 20 years old numerical schemes and the intricacies of modifying the existing code for the special application. In this study, some tips to overcome the numerical difficulties in solving the 3D high-Mach number flows by using Roe's scheme, the most widely used for the past 25 years and adopted in many commercial codes, were examined without a correction of the algorithm or a modification of the CFD code. The well-known carbuncle phenomena of Riemann solvers could be remedied even for an extremely high Mach number by applying the entropy fixing function and a unphysical solution could be overcome by applying a simply modified initial condition regardless of the entropy fixing and grid configuration.
Simulation study were performed for ventilation capability effect on the smoke spread in the deeply-underground subway station(DUSS). Singeumho station(The line # 5, Depth: 46m) was modeled and were analyzed for smoke-spread speed difference between the originally-designed-ventilation-capacity and the measured-ventilation-capacity. Field test data for actual fan in DUSS was applied as a boundary condition of a simulation. The whole station was covered in this analysis and total of 4 million grids were generated for this simulation. The fire-driven flow was analyzed case by case to compare the smoke-spread effects. In order to enhance the efficiency of calculation, parallel processing by MPI was employed and large eddy simulation method in FDS code was adopted.
Simulation study were performed for fire location effect on the smoke spread in the deeply-underground subway station(DUSS). In this research, Shingumho station (The line # 5, Depth: 46m) has been selected as case-study for the analysis of smoke-spread effect with the different fire location. Field test data measured for actual fan in DUSS was applied as a condition of a simulation. The whole station was covered in this analysis and 4 million grids were generated for this simulation. The fire driven flow was analyzed case by case to compare the smoke-spread effect according to the fire location. In order to enhance the efficiency of calculation, parallel processing by MPI was employed and LES(large eddy simulation) method in FDS code was adopted.
The structure of the nonpremixed methane-air counterflow flames in microgravity was investigated by axisymmetric simulation with Fire Dynamics Simulator (FDS) to evaluate the numerical method and to see the effects of strain rate and fuel concentration on the diffusion flame structure in microgravity. Results of FDS for the methane mole fractions, $X_m$=20, 50, and 80% in the fuel stream, and the global strain rates $a_g$=20, 50, and $90s^{-1}$ for each methane mole fraction were compared with those of OPPDIF, an one-dimensional flamelet code. There was good agreement in the temperature and axial velocity profiles between the axisymmetric and one-dimensional computations. It was shown that FDS is applicable to the counterflow flames in a wide range of strain rate and fuel concentration by predicting accurately the flame thickness, flame positions and stagnation points.
Fire simulation has been developed for decades to analyze fire cases and provide a tool to study fundamental fire dynamics and combustion. There are three way of fire simulation which are a full scale simulation, an experimental simulation and a computational simulation. In case of a full scale simulation, because a higher cost, a higher risk, more efforts are needed, a demand for it has been decreased. But recently a demand for an experimental simulation and a computational simulation has been increased. A computational simulation has several advantages; lower cost, short period, many case studies, more visual results, a quantitative result and etc. FDS(Fire Dynamics Simulator) which has been developed in BFRL(Building and Fire Research Laboratory), NIST(National Institute of Standards and Technology) is a popular world wide code for fire simulation. Lack of accurate predictions by the model could lead to erroneous conclusions with regard to fire safety. All results should be evaluated by the informed judgment of the qualified user.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.11a
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pp.96-97
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2021
In the Building Act, performance-based fire safety design is being promoted for institutionalization. The behavior of the structure against fire conditions can be predicted by using the advanced numerical analysis method based on the FEM (Finite Element Method) to predict the entire structural behavior including the behavior of the structure, but there is a limit to expressing the fire properties of the space and predicting the fire properties It is difficult to determine the variables to be transmitted to the FEM (Finite Element Method) model from the fire simulation results using FDS (Fire Dynamics Simulator). Accordingly, the purpose of this study is to introduce the code user's manual for FDS and FEM unidirectional coupling analysis.
This paper discribes the viscous interaction of Hypersonic Wedge Flows using Roe FDS and AUSM+. For this purpose we developed the frozen and the equilibrium code and numerically simulated the viscous interaction by changing the surface temperature and the mach number. We used curve fitting data in NASA Reference Publication 1181, 1260 to calculate equilibrium properties. We compare the equilibrium flow with the frozen flow. We conclude that the mach number and the surface temperature are significant parameters, as the surface temperature and the mach number increase the viscous interaction becomes stronger, and we must consider high-temperature effects in hypersonic flow
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.4
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pp.265-273
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2014
Wave-body interaction is simulated using a developed code based on the flux-difference splitting scheme for immiscible and incompressible fluids and the hybrid Cartesian/immersed boundary method. A free surface is captured as a moving contact discontinuity within a fluid domain and an approximated Riemann solver is used to estimate the inviscid flux across the discontinuity. Immersed boundary nodes are identified inside an instantaneous fluid domain near a moving body, then dependent variables are reconstructed at those immersed boundary nodes based on interpolation along local normal lines to the boundary. Free surface flows around an oscillating cylinder are simulated and the computed wave elevations are compared with other reported results. The generation of a solitary wave by a moving wave-maker is simulated and the time histories of wave elevations at two different points are compared with other results. The developed code is applied to simulate body motion of an elastically mounted circular cylinder as a solitary wave passes the body. The force acting on an elastically mounted cylinder is compared with the force acting on a fixed cylinder. Grid independency of the computed body motion is established based on a comparison of results using three different-size grids.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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