In this study, numerical analysis of two-dimensional unsteady natural convection of air in a square enclosure heated from below, was performed as a basic research of fire science. SIMPLE algorithm was used to the pressure term of momentum equations in the numerical analysis. The numerical analysis were studied for the two model cases and two heat conditions, respectively, which are different with insulation of enclosures and position of heat applied. Also, the ceiling temperatures of enclosure were measured to compare the accuracy of numerical analysis, and it is found that the temperature predicted by numerical analysis were agreed well with the measurements. Streamline and isotherm of the each model case were acquired for each time step.
자연대류유동 형태의 실내화재 해석은 Zone 모델과 Field 모델로 대별된다. Zone 모델은 화염과 연소가스로 인한 상부의 고온 연기층과 하부의 찬 공기층의 온도를 균일하게 간주하고, 실험값을 대입한 간단한 대수식으로 계산하여 간편하나 각각의 위치에 대한 온도와 유속 등을 구할 수 없다. Field모델은 해석영역을 다수의 격자로 구성하고 운동량, 에너지방정식 등을 수치해석하는 방법으로 많은 계산시간 및 컴퓨터 용량이 필요하나 각각의 위치에서의 유동 및 온도분포 등을 자세히 규명 할 수 있다. 열유동 수치해석에는 기존의 상용 프로그램들이 있어 강제대류에는 잘 적용되나, 자연대류에는 대부분 만족할 만한 결과를 주지 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 실내화재해석의 기초연구로, 바닥면이 부분적으로 가열될 때 우측벽의 경계조건을 변화시켜 가면서 실내의 층류 자연대류로 인한 유동장과 온도장을 SIMPLE 수치해석방법을 이용하여 직접 수치해석 하였다.
