A Numerical Study of Smoke Movement in Atrium Fires with Ceiling Hea Flux

천장에 열 유속을 갖는 대형 공간에서 화재 발생시 연기거동에 대한 수치해석적 연구

This paper describes the smoke filling process of a fire field model based on a self-developed SMEP(Smoke Movement Estimating Program) code to the simulation of fire induced flows in the two types of atrium space containing a ceiling heat flux. The SMEP using PISO algorithm solves conservation equations for mass, momentum, energy and species, together with those for the modified k- epsilon turbulence model with buoyancy term. Compressibility is assumed and the perfect gas law is used. The results of the calculated upper-layer average temperature and smoke layer interface height has shown reasonable agreement compared with the zone models. The zone models used are the CFAST developed at the Building and Fire Research Laboratory NIST U.S.A. and the NBTC one-room of FIRECALC developed at CSIRO, Australia. The smoke layer interface heights that are important in fire safety were not as sensitive as the smoke layer temperature to the nature of ceiling heat flux condition.

본 연구는 두 가지 유형의 아트리움 공간에 대해서 Zone모델과 Field모델을 비교하였으며 특히 천장에 열 유속을 갖는 아트리움 화재에 대해서 SMEP화재 모델을 적용하여 연기거동을 수치해석 하였다. Zone 모델로는 NIST에서 개발된 CFAST 그리고 CSIRO에서 개발된 NBTC 1-room 모델을 사용하여 SMEP Field모델을 검증하였다. PISO 알고리즘과 부력항을 포함한 수정 k-e epsilon 난류모델을 사용한 SMEP은 연속, 운동, 에너지 그리고 농도 방정식을 풀었으며, 상용 Zone 모델들과의 비교는 서로 유사한 결과를 보였다. 천장이 유리로 만들어진 아트리움의 경우, 태양열에 의한 천장 열 유속을 고려함으로써 좀더 실제적인 화재현상을 규명할 수 있다. 수치해석결과 천장 열 유속 조건은 연층의 온도 분포에는 영향을 미치지만 연기의 하강과 거동에는 커다란 영향을 미치지 않고 있음을 확인 할 수 있었다. 따라서 화재 감지기나 배연 설비 시스템의 설치시 이러한 점들이 고려되어야만 한다.