An experimental study was conducted to investigate the effects of change in heat release rate on unsteady fire characteristics of under-ventilated fire in a semi-closed compartment. 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 using a spray nozzle located at the center of enclosure. Temperature, heat flux, species concentrations and heat release rate were continuously measured and then global equivalence ratio (GER) concept was adopted to represent the unsteady thermal and chemical characteristics inside the compartment. It was observed that there was a significant difference in unsteady behavior between global and local combustion efficiency, and the GERs predicted by ideal and measured heat release rate were also shown different results in time. The unsteady behaviors of temperature, heat flux and species concentrations were represented well using the GER concept. It was important to note that CO concentration was gradually decreased with the increase in GER after reaching its maximum value in the range of 2.0~3.0 of global equivalence ratio. In addition, the experimental data on unsteady thermal and chemical behaviors obtained in a semi-closed compartment will be usefully used to validate a realistic fire simulation.
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.
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2011.11a
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pp.3-6
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2011
비정상(unsteady) 화재성장이 발생되는 반밀폐된 구획에서 환기부족화재의 열 및 화학적 특성에 관한 FDS(Fire Dynamics Simulator)의 예측성능 평가가 수행되었다. 이를 위해 실규모 ISO 9705 표준 화재실의 출입구 폭이 0.1m로 축소되었으며, spray 노즐을 통해 Heptane 연료유량은 선형적으로 증가되었다. 수치계산에 대한 신뢰도 확보를 위하여 동일조건에서 수행된 실험결과와의 상세한 비교가 이루어졌다. 적절한 격자계를 이용한 FDS의 결과는 구획 내부의 온도 및 열유속(heat flux)은 비교적 잘 예측하지만, 비정상 CO 및 $CO_2$ 생성특성은 적절히 예측하지 못함을 확인하였다. 이러한 결과는 최근 수행된 유사조건의 정상상태 환기부족 구획화재에 대한 FDS 예측결과와 상반된 것으로서, 반밀폐된 구획화재 모델링에서 FDS를 이용한 비정상 CO 생성특성 예측에 상당한 주위가 요구됨을 확인하였다.
A problem of a unsteady time-dependent flow in a channel is of practical importance and widely considered in the design of devices such as heat exchangers, duct, and electronic equipments. The characteristics of fluid flow in channel with oscillating vortex generator was investigated experimentally. The main object of this study was to investigate the effect of the excited frequency, the excited amplitude, and Reynolds numbers on the generated frequency. Flow patterns were visualized using smoke generator and generated frequencies were measured using hot wire anemometer. When the excited frequency is increased, excited amplitude decreased and Reynolds number increased, the strength of PSD of generated frequency is decreased.
Flame structure of diffusion flame interacting with a single vortex was investigated with direct numerical simulation (DNS). A well-known counterflow diffusion flame was used as an initial flat flame and single vortices were made by issuing a high-velocity jet abruptly in fuel- and air-side. The variations in the maximum concentration of major species (CO and $CO_2$) and NOx (NO and $NO_2$) with the stoichiometric scalar dissipation rate were investigated. Unsteady effects in the species concentration variation of the flame interacting with a vortex were identified by comparing with that of steady flame. $NO_2$ formation characteristics of the flame interacting with a vortex were well understood by investigating the $HO_2$ formation. To enhance the prediction performance in the fire simulation, current turbulent combustion modelings are needed to be modified by adopting the unsteady effects in the species concentrations of diffusion flame interacting with a vortex.
Fire characteristics can be analyzed more realistically by using more accurate material properties related to the fire dynamics and one way to acquire these fire properties is to use one of the inverse property analyses. In this study the genetic algorithm which is frequently applied for the inverse heat transfer problems is selected to demonstrate the procedure of obtaining fire properties of the solid charring material with relatively simple chemical structure. The thermal decomposition on the surface of the test plate is occurred by receiving the radiative energy from external heat sources, and in this process the heat transfer through the test plate can be simplified by an unsteady 1-D problem. The inverse property analysis based on the genetic algorithm is then applied for the estimation of the properties related to the reaction pyrolysis. The input parameters for the analysis are the surface temperature and mass loss rate of the char plate which are determined from the unsteady 1-D analysis with a givenset of 8 properties. The estimated properties using the inverse analysis based on the genetic algorithm show acceptable agreements with the input properties used to obtain the surface temperature and mass loss rate with errors between 1.8% for the specific heat of the virgin material and 151% for the specific heat of the charred material.
A Large Eddy Simulation(LES) was performed for the prediction of unsteady dispersion behavior of hydrogen fluoride (HF). The HF leakage accident occurred at the Gumi fourth industrial complex was numerically investigated using the Fire Dynamics Simulator (FDS) based on the LES. The accident area was modeled three-dimensionally and time-varying boundary conditions for wind were adopted in the simulation for considering the realistic accident conditions. The Message Passing Interface (MPI) parallel computation technique was used to reduce the computational time. As a result, it was found that the present LES simulation could predict the unsteady dispersion features of HF near the accident area effectively. The dispersion behaviors of the leaked HF was much affected by the unsteady wind direction. The LES could predict the time variation of the HF concentration reasonably and give an useful information for the risk analysis while the prediction with the time-averaging concept of HF concentration had a limitation for the amount of HF concentration at specific location point. It was identified that the LES is very useful to predict the dispersion characteristics of hazardous chemicals.
We have conducted a numerical simulation under three-dimensional unsteady conditions in order to analyze the characteristics of $CO_2 $;, extinguishant transfer by varying the location of the injection nozzle, which affects the effect of a $CO_2 $;, fire fighting system used in the form of fixed systems for the marine engine room. Flow fields and $CO_2 $;, concentration fields were measured according to the location of the injection nozzle. In the case of arranging the injection nozzle on the center of the ceiling, the low-normal concentration distribution was developed along the $CO_2 $;, jet due to the downward flow created by impinging ceiling jets in the symmetric plane. The concentration line reaches its peak due to the mass transfer of $CO_2 $;, at the comer.
This study of the vestibule of pressurizing smoke control system installed in domestic high-rise buildings for evacuation in case of fire, when the door is open to forming characteristics of the air flow was analyzed using fire dynamics simulator and analyzed of variance. Vestibule which is compartment of the design condition, air flow in the exhaust damper was formed severe turbulence confirming preceding research. The door position is in the range of formed vortex, unsteady flow of air occurs at the point that the door could be confirmed. According to the NFSC 501A, door to symmetrically separate the average of 10 points or more as measured from the average of wind speed to do is based. Under these conditions, it is difficult to measure the characteristics of the upper air flow of upper points. so measuring points are subdivided by more than 64 points method presented in TAB because severe deviation of wind speed.
Fire characteristics can be analyzed more realistically by using more accurate properties related to the fire dynamics and one way to acquire these fire properties is to use one of the inverse property estimation techniques. In this study two optimization algorithms which are frequently applied for the inverse heat transfer problems are selected to demonstrate the procedure of obtaining pyrolysis properties of charring material with relatively simple thermal decomposition. Thermal decomposition is occurred at the surface of the charring material heated by receiving the radiative energy from external heat sources and in this process the heat transfer through the charring material is simplified by an unsteady 1-dimensional problem. The basic genetic algorithm(GA) and repulsive particle swarm optimization(RPSO) algorithm are used to find the eight properties of a charring material; thermal conductivity(virgin, char), specific heat(virgin, char), char density, heat of pyrolysis, pre-exponential factor and activation energy by using the surface temperature and mass loss rate history data which are obtained from the calculated experiments. Results show that the RPSO algorithm has better performance in estimating the eight pyrolysis properties than the basic GA for problems considered in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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