천장 개구부가 있는 구획실 화재 현상에 구획실 높이와 화원 및 개구부 위치가 미치는 영향에 대한 전산시뮬레이션

Numerical Simulation of the Effects of Compartment Height, Fire Source Location, and Vent Location on Compartment Fire Phenomena with a Ceiling Vent

본 연구에서는 천장 개구부가 설치된 구획실 화재 현상에 구획실 높이와 화원 및 개구부 위치가 미치는 영향에 대해 전산시뮬레이션을 수행하였다. 동일한 화원 및 개구부 위치 조건에서 구획실 높이가 5.5 m인 경우가 11 m인 경우에 비해 개구부 질량 유량이 많았다. 화원 위치가 중앙일 때, 모든 구획실에서 개구부 위치가 왼쪽인 경우가 중앙인 경우에 비해 질량 유량이 적었다. 화원 위치가 왼쪽일 때, 구획실 높이가 5.5 m와 11 m인 경우, 개구부 위치가 각각 오른쪽과 왼쪽인 경우에 질량 유량이 가장 적었다. 또한, 화원 위치가 왼쪽일 때, 구획실 높이가 5.5 m인 경우에서는 구획실 전체적으로 시계 방향의 거시적인 회전 유동이 관찰되었으나, 구획실 높이가 11 m인 경우에서는 구획실 하부와 상부에서 각각 시계 방향과 반시계 방향의 거시적인 회전 유동이 형성되었다. 이러한 거시적인 회전 유동은 개구부 위치에 따른 질량 유량 경향과 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. 구획실 높이가 11 m인 경우가 5.5 m 경우에 비해 구획실 내 평균 온도가 낮았는데, 이는 구획실 주변 벽의 면적이 커졌기 때문으로 판단된다. 그리고 각 구획실 높이 조건에서 화원 및 개구부 위치에 따른 평균 온도 변화는 미미한 것으로 나타났다.

In this study, the numerical simulations of the effects of compartment height, fire source location, and vent location on the compartment fire phenomena with a ceiling vent were performed. Under the same fire source and vent location conditions, the compartment height of 5.5 m showed a higher mass flow rate across the vent than that of 11 m. For the fire source at the center, the vent on the left showed a lower mass flow rate than that at the center for both compartment heights. For the fire source on the left, the vents on the right and left exhibited the lowest mass flow rates at the compartment heights of 5.5 m and 11 m, respectively. Moreover, for the fire source on the left, a macroscopic rotational flow in the clockwise direction was observed at the compartment height of 5.5 m, whereas at the compartment height of 11 m, macroscopic rotational flows in the clockwise and counterclockwise directions appeared at its lower and upper portions, respectively. It was confirmed that these macroscopic rotational flows were closely related to the change in the mass flow rate across the vent with the vent location. The compartment height of 11 m had a lower average temperature inside the compartment than that of 5.5 m, which was because of the increase in the surrounding wall area. In addition, under each compartment height condition, the changes in the average temperature inside the compartment with the fire source and vent locations were mino.