Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.21
no.1
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pp.41-48
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2009
The present study has been performed to investigate the thermal characteristics of under-ventilated compartment fire which is a typical fire condition in structures. A series of fire experiments was conducted to characterize the thermally driven flow in a 2/5 scale ISO 9705 fire compartment. Three different fuels were used in this test series, methane gas, heptane pool, and polystyrene pellets fire. In order to measure accurate temperature, double shield aspirated thermocouples reducing the effect of radiative energy exchange on temperature measurement were used in addition to bare bead thermocouples. The upper layer temperature for well ventilated fire was increased with increasing heat release rate, but it was slightly decreased for under-ventilated fire. The measured temperatures in the upper layer at the front sampling location were higher than at the rear. Thermal characteristics through the doorway were also analysed for a wide range of heat release rates. This study provides a comprehensive and quantitative assessment of fire behavior for under-ventilation condition of fire.
Propane fires of 1000 to 3000 kW in the ISO 9705 fire room were simulated using FDS to study the problem of decreasing temperature with increasing fire size. A criterion is proposed for under-ventilated fires. The computed temperature at 2000 kW and above was lower than that at 1500 kW. The heat release rate was limited by a lack of oxygen in the simulation. It was found that the heat release rate can therefore be a criterion for under-ventilated fires in simulations. Fires of 1700 kW and above in the ISO 9705 fire room are predicted to be under-ventilated.
Mun, Sun-Yeo;Hwang, Cheol-Hong;Park, Jong Seok;Do, Kyusik
Fire Science and Engineering
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v.27
no.2
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pp.80-88
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2013
The validation of Fire Dynamics Simulator (FDS) was conducted for the under-ventilated fire in well-confined multi-compartments representative of nuclear power plant. Numerical results were compared with experimental data obtained by the OECD/NEA PRISME project. The effects of the numerical boundary conditions (B.C.) in ventilated system and the flame suppression model applied within FDS on the thermal and chemical environments inside the compartment were discussed in details. It was found that numerical B.C. on the vent flow resulting from over-pressure at ignition and under-pressure at extinction should be considered carefully in order to predict accurately the species concentrations rather than temperatures and heat fluxes inside the multi-compartment. The default information of suppression model applied within FDS resulted in artificial phenomena such as flame extinction and re-ignition, and thus the FDS results on the under-ventilated fire showed good agreement with the experimental results as the modified suppression criteria of the fuel used was adopted.
In this study, fire simulations on the under-ventilated compartment fires have been conducted using the Fire Dynamics Simulator (FDS Ver. 5.2) and its prediction performance on the thermal and combustion chemical characteristics has been discussed. The temperature and chemical species concentrations in the upper layer of methane, heptane, and toluene fires located in a 2/5 scale compartment based on the ISO-9705 standard room are predicted and compared with the previously published experimental data. The results showed that the FDS simulations reproduced well the temperature of the ceiling and the mixture fraction in the upper layer under the well-ventilation conditions. For the under-ventilated fires, which were taken place due to the insufficient oxygen entrainment, the prediction by the FDS significantly under-estimated the production of carbon monoxide and soot compared to the experimental data.
The present article reports a numerical study on the fire characteristic change by water-mist in under-ventilated compartments. The natural gas and heptane pool fires are used as fire sources, which are located in the bottom center of the 2/5 reduced-scaled model of the ISO 9705 standard room. The fire modeling using the FDS (Fire Dynamics Simulator) is validated by comparison with previously published experimental results. For temperature and combustion gas concentrations at two positions located in the upper layer of compartment, the predicted results with and without water-mist are compared each other. The results show that under the water-mist operation, the predicted temperature and carbon monoxide concentration reduce as $300{\sim}400^{\circ}C$ and about 20%, respectively, compared to those without water-mist.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.5
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pp.367-373
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2008
A series of fire experiments has been conducted to provide an improved understanding of the fire structure of under-ventilated compartment fires. A comprehensive and quantitative assessment of gaseous species from the fire was made in the upper layer of fire in a 40 % reduced scale ISO 9705 fire compartment. The global equivalence ratio (GER) concept was used to characterize the fire behavior for various fire sizes, fuel types and ventilation conditions. The oxygen concentration in the upper layer reached to zero near the global equivalence ratio of $0.4{\sim}0.6$ while the carbon monoxide concentration increases with increasing the global equivalence ratio. Classification parameters of ISO19706 were also compared with the reduced scale experimental data for under ventilation fire.
Hwang, Cheol-Hong;Park, Chung-Hwa;Ko, Gwon-Hyun;Lock, Andrew
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2010.04a
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pp.37-42
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2010
실제 규모 ISO 9705 표준 화재실에서 과환기(over-ventilated) 및 환기부족(under-ventilated) 화재에 대한 열 및 화학적 특성에 관한 실험이 수행되었다. 또한 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 이용하여 수치적 예측성능에 대한 평가와 환기부족화재에서 건물 내부의 다차원 화재현상에 대한 해석이 이루어졌다. 과환기 및 환기부족화재의 특성은 연소효율, 총괄 당량비 뿐만 아니라 고온 상층부의 온도분포, 연소 생성물의 농도에 의해 명확하게 구분되었다. 실험결과와의 비교를 통해 과환기 및 환기부족화재에서 FDS는 공간내부의 온도, 열유속 및 다양한 화학종의 분포를 정량적으로 잘 예측함을 확인하였다. 과환기화재와 비교할 때, 환기부족화재에서 내부유동은 반대방향의 다차원 재순환 유동구조를 갖고 있음을 발견하였다. 동시에 공간내부의 $O_2$ 및 CO의 분포 역시 다차원 구조를 갖기 때문에 기존화재연구에서 측정되는 고온 상층부의 열 및 화학적 특성은 환기부족화재를 이해하는데 많은 한계가 있음을 확인하였다.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2008.11a
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pp.438-443
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2008
Fire model shall be verified and validated to reliably show the predictive capabilities for a specific use. In the process of model verification and validation, both the acceptable uses and limitation of fire model are established. In this study, the results of FDS simulation are compared with the data of PRISME experiment such as temperature, heat release rate, heat flux, product concentrations in the under-ventilated two-room condition. Furthermore, the sensitivity of FDS under ventilation condition changes are evaluated. FDS provide the reliable prediction for under-ventilated two-room fire scenario with slightly deviation.
The objective of this study is to evaluate the prediction accuracy of FDS(Fire Dynamic Simulator) for the thermal and chemical characteristics of under-ventilated fire with unsteady fire growth in a semi-closed compartment. To this end, a standard doorway width of the full-scale ISO 9705 room was modified to 0.1 m and the flow rate of heptane fuel was increased linearly with time (until maximum 2.0 MW based on ideal heat release rate) using a spray nozzle located at the center of enclosure. To verify the capability of FDS, the predicted results were compared with a previous experimental data under the identical fire conditions. It was observed that with an appropriate grid system, the numerically predicted temperature and heat flux inside the compartment showed reasonable agreement with the experimental data. On the other hand, there were considerable limitations to predict accurately the unsteady behaviors of CO and $CO_2$ concentration under the condition of continuous fire growth. These results leaded to a discrepancy between the present evaluation of FDS and the previous evaluation conducted for steady-state under-ventilated fires. It was important to note that the prediction of transient CO production characteristics using FDS was approached carefully for the under-ventilated fire in a semi-closed compartment.
To investigate numerically the effects of geometry and location of vertical opening on the thermal and chemical fire characteristics in full-scale under-ventilated compartment fires, the ventilation factor ($A\sqrt{h}$) to estimate a theoretical maximum inflow of ambient air and the mass loss rate in a heptane pool fire were fixed for all cases. It was shown that variations in door geometry affected significantly the change in thermal and chemical characteristics inside the compartment. Variations in window location resulted in the complex change in additional fire characteristics including the fire duration time and recirculating flow structure. These results were analyzed in details by the multi-dimensional flow and fire characteristics including the vent flow and fuel/air mixing phenomena.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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