대형 칼로리미터의 열 방출률 평가를 위한 FDS 해석결과 분석

Investigating the Heat Release Rate of Large-scale Calorimeter using FDS Analysis

본 연구는 화재해석 프로그램인 FDS를 사용하여 대형 칼로리미터의 주요 설계 인자를 도출하고 해석 결과의 정확성을 검증하는데 목적이 있다. 이를 위해서 국내의 대형 칼로리미터 설계 제원을 조사하여 모델링 및 입력 조건을선정하였으며, 헵탄 화원 직경이 1.1 m, 1.24 m 그리고 1.44 m인 각각의 경우에 대해서 덕트 내부에서의 온도와 질량유량 그리고 산소농도 감소량을 실험결과와 비교하였다. 해석 결과의 정확성을 검증하기 위해서 실험값과 동일한열 방출률에 대해서 덕트 내부에서 해석한 온도 편차는 19.12%, 질량유량 11.86%, 그리고 산소 농도 감소량은 0.22%정도 측정값과 편차가 발생하였다. 그 결과 헵탄의 화원 직경 변화에 따라서 산소소모지수법을 적용한 열 방출률FDS 해석 결과는 실험값과 최대 2.58% 이내에서 일치하는 것으로 나타났다. 하지만, 산소농도 해석 결과는 동일 열방출률에 대해서 질량유량의 편차가 증가하였기 때문에 감소한 결과로 보다 정확한 해석을 위해서는 덕트에서의 열손실과 형상인자를 고려한 연구가 선행되어야 하는 것으로 판단된다.

This study aims to identify the key design factors of a large-scale calorimeter and evaluate the accuracy of the simulationresults using the Fire Dynamics Simulator (FDS) program. The design specifications of a domestic large-scale calorimeterwere analyzed to determine the modeling and input conditions for the simulation. The simulation results of temperature,mass flow rate, and oxygen concentration reduction inside the duct were compared with the experimental results for heptanepool fires with diameters of 1.1 m, 1.24 m, and 1.44 m, respectively. To validate the accuracy of the simulation results,the deviations, calculated using FDS for the heat release rate as the experimental value, were found to be 19.12%, 11.86%,and 0.22% for temperature, mass flow rate, and oxygen concentration, respectively. Ultimately, the results of the heatrelease rate inside the duct obtained by the oxygen consumption method with FDS were found to be consistent with theexperimental value, within 2.58%. However, the deviation of oxygen concentration is reduced as the deviation of mass flowrate increases for a constant heat release rate. This implies that for more accurate analysis, the heat loss and shape factorsin the duct should be considered.