Park, Young-Ju;Oh, Jin-Youl;Lee, Si-Young;Lee, Hae-Pyeong
Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
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2009.04a
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pp.548-556
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2009
본 연구에서는 산불발생 시 삼림 내 가연물의 화재강도 및 산불위험성을 예측하기 위하여 영동지역에서 자생하는 관목류 가운데 주요 분포수종으로 생강나무와 초피나무를 대상으로 생엽과 가지부위를 채취하여 착화특성, 화재전파특성, 피난특성을 고찰하였다. 발화온도 범위는 400$^{\circ}C$${\sim}$440$^{\circ}C$로 확인되었으며 생강나무의 생엽은 착화가 가장 빠르게 개시되었으며 가지부위는 생엽보다 착화는 늦으나 착화 후 화염유지시간이 길고 비교적 빠른시간에 많은 열량을 방출하는 것으로 나타났으며 초피나무의 가지부위는 연기방출량과 CO 및 $CO_2$의 방출량이 많은 것을 확인할 수 있었다.
The thermochemical parameters for safe handling, storage, transport, operation and process design of flammable substances are explosive limit, flash point, autoignition temperature, minimum oxygen concentration, heat of combustion etc.. Explosive limit and autoignition temperature are the major physical properties used to determine the fire and explosion hazards of the flammable substances. Explosive limit and autoignition temperature of methane fur LNG process safety were investigated. By using the literatures data, the lower and upper explosive limits of methane recommended 4.8 vol$\%$ and 16 vol$\%$, respectively. Also autoignition temperatures of methane with ignition sources recommended $540^{\circ}C$ at the electrically heated cruicible furnace (the whole surface heating) and recommended about $1000^{\circ}C$ in the local hot surface. The new equations for predicting the temperature dependence and the pressure dependence of the lower explosive limits for methane are proposed. The values calculated by the proposed equations were a good agreement with the literature data.
The prediction performance of 9 model sets, which combine 3 turbulent models and 3 combustion models, was investigated numerically for turbulent partially-premixed jet flame. The standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ (SKE), Realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ (RKE) and Reynolds stress model (RSM) were used as a turbulence model, and the eddy dissipation concept (EDC), steady laminar flamelet (SLF) and unsteady laminar flamelet model (ULF) were also adopted as a combustion model. The prediction performance of those 9 model sets was evaluated quantitatively and qualitatively for Sandia D flame of which flame structure was measured precisely. The flame length was predicted as, from longest to shortest, RSM > SKE > RKE, and the RKE predicted the flame length of the jet flame much shorter than experiment. The flame temperature was over predicted by the combination of RSM + SLF or RSM + ULF while the flame length obtained by RSM + SLF and RSM + ULF was well agreed with the experiment. The combination of SKE + SLF and SKE + ULF predicts well the flame length as well as the temperature distribution. The SKE turbulence model was most superior to the other turbulent models, and SKE + ULF showed the best prediction performance for the structure of turbulent partially-premixed jet flame.
Although concrete is considered as fire proof materials, high strength concrete shows severe material and structural damages when exposed to fire. To understand such damages in high strength concrete structures, the effects of various design parameters and fire condition on the thermal behaviors of high strength concrete structures are investigated in this study. In order to achieve this goal, fire tests are performed on high strength concrete columns with different fire conditions and design parameters including cross sectional area, cover thickness, and reinforcement alignment. To investigate thermal behaviors, temperature distributions and amount of spalling are measured. In overall, the columns show rapidly increasing inner temperatures between 30~60 mins of the fire tests due to spalling. In detail, the higher temperature distributions are observed from the columns with the larger cross section and less cover thickness. Moreover, among the columns with same reinforcing ratio, larger number of reinforcements with the smaller diameter causes the higher temperature distribution. The findings from the experimental study allow not only understanding of thermal behaviors of high strength concrete columns under fire, but also guidance in revising fire safety design.
Fire resistance is very essential for all buildings to save peoples who live within buildings or use and to protect the properties when the buildings are covered with fire. The fire resistance were evaluated by loading or nonloading fire tests which are known very expensive and require lots of time. That causes the lacks of research activities and there are only small cases of fire resistance. The purposes of this paper are to analyze the temperature analysis for various structural elements such as columns and beams those are can be applied to buildings and to suggest the resonable fire protective thickness of concrete slab according to the required fire resistance time.
Due to the environmental factors of the sea, ship accidents always contain an inclination angle. The change in the ship affects not only the evacuation speed of passengers but also the fire growth in the ship. For this reason, when analyzing the fire, it is necessary to analyze the risks by considering conditions of inclination. In this study, the temperature that affects the fire was calculated by alteration of ship's heel and trim angle and analyzed using FLUENT. Based on fire occurrence position, evacuation should be done within 37 seconds under the condition of $-10^{\circ}$ heeling angle and 36 seconds under the condition of $-10^{\circ}$ trim angle. However, it was predicted that the evacuation will not be affected under the conditions of $+10^{\circ}$ heel angle and $+10^{\circ}$ trim angle. For these reasons, it is confirmed that when the ship is on fire, evacuation measures should be considered based on the heel and trim conditions as per the location of the fire.
Recent underground common utility tunnels are underground facilities for jointly accommodating more than 2 kinds of air-conditioning and heating facilities, vacuum dust collector, information processing cables as well as electricity, telecommunications, waterworks, city gas, sewerage system required when citizens live their daily lives and facilities responsible for the central function of the country but it is difficult to cope with fire accidents quickly and hard to enter into common utility tunnels to extinguish a fire due to toxic gases and smoke generated when various cables are burnt. Thus, in the event of a fire, not only the nerve center of the country is paralyzed such as significant property damage and loss of communication etc. but citizen inconveniences are caused. Therefore, noticing that most fires break out by a short circuit due to electrical works and degradation contact due to combustible cables as the main causes of fires in domestic and foreign common utility tunnels fire cases that have occurred so far, the purpose of this paper is to scientifically analyze the behavior of a fire by producing the model of actual common utility tunnels and reproducing the fire. A fire experiment was conducted in a state that line type fixed temperature detector, fire door, connection deluge set and ventilation equipment are installed in underground common utility tunnels and transmission power distribution cables are coated with fire proof paints in a certain section and heating pipes are fire proof covered. As a result, in the case of Type II, the maximum temperature was measured as $932^{\circ}C$ and line type fixed temperature detector displayed the fire location exactly in the receiver at a constant temperature. And transmission power distribution cables painted with fire proof paints in a certain section, the case of Type III, were found not to be fire resistant and fire proof covered heating pipes to be fire resistant for about 30 minutes. Also, fire simulation was carried out by entering fire load during a real fire test and as a result, the maximum temperature is $943^{\circ}C$, almost identical with $932^{\circ}C$ during a real fire test. Therefore, it is considered that fire behaviour can be predicted by conducting fire simulation only with common utility tunnels fire load and result values of heat release rate, height of the smoke layer, concentration of O2, CO, CO2 etc. obtained by simulation are determined to be applied as the values during a real fire experiment. In the future, it is expected that more reliable information on domestic underground common utility tunnels fire accidents can be provided and it will contribute to construction and maintenance repair effectively and systematically by analyzing and accumulating experimental data on domestic underground common utility tunnels fire accidents built in this study and fire cases continuously every year and complementing laws and regulations and administration manuals etc.
The prediction performance of combustion models in the Fire Dynamics Simulator (FDS) were evaluated by comparing with experiment for compartment propane gas fires. The mixture fraction model in the FDS v5.5.3 and Eddy Dissipation Concept (EDC) model in the FDS v6.6.3 were adopted in the simulations. Four chemical reaction mechanisms, such as 1-step Mixing Controlled, 2-step Mixing Controlled, 3-step Mixing Controlled and 3-step Mixed (Mixing Controlled + finite chemical reactions) reactions, were implemented in the EDC model. The simulation results with each combustion model showed similar level for the temperature inside the compartment. The prediction performance of FDS with each combustion model showed significant differences for the CO concentration while no distinguished differences were identified for the $O_2$ and $CO_2$ concentrations. The EDC 3-step Mixing Controlled largely over-predicted the CO concentration obtained by experiment and the mixture fraction model under-predicted the experiment slightly. The EDC 3-step Mixed showed the best prediction performance for the CO concentration and the EDC 2-step Mixing Controlled also predicted the CO concentration reasonably. The EDC 1-step Mixing Controlled significantly under-predict the experimental CO concentration when the previously suggested CO yield was adopted. The FDS simulation with the EDC 1-step Mixing Controlled showed difficulties in predicting the $CO_2$ concentration when the CO yield was modified to predict the CO concentration reasonably.
A research projects is currently being conducted to develop a nonlinear finite element analysis methods for predicting the structural behavior of reinforced concrete frame structures, exposed to fire. As part of this, reinforced concrete frames subjected to fire loads were analyzed using the nonlinear finite-element program DIANA. Two numerical steps are incorporated in this program. The first step carries out the nonlinear transient heat flow analysis associated with fire and the second step predicts the structural behavior of reinforced concrete frames subjected to the thermal histories predicted by first step. The complex features of structural behavior in fire conditions, such as thermal expansion, plasticity, cracking or crushing, and material properties changing with temperature are considered. A concrete material model based on nonlinear fracture mechanics to take cracking into account and plasticity models for concrete in compression and reinforcement steel were used. The material and analytical models developed in this paper are verified against the experimental data on simple reinforced concrete beams. The changes in thermal parameters are discussed from the point of view of changes of structure and chemical composition due to the high temperature exposure. Although, this study considers codes standard fire for reinforced concrete frame, any other time-temperature relationship can be easily incorporated.
In this paper, experimental program and associated numerical study were carried out to evaluate the fire resistance of unprotected concrete-filled rectangular steel tubular (CFT) columns subjected to the standard fire. The key testing parameters included the length effect, the load ratio, and the sectional dimensions of the CFT columns. Temperature distribution and axial deformation of the CFT column specimens were measured and analyzed. Rather early local buckling of steel tubes was observed in all the specimens. This caused subsequent load transfer from steel tube to concrete, and eventually triggered concrete crushing, or complete loss of the load bearing capacity of the column. This implies that the limit state of local buckling as well as overall flexural buckling should be incorporated in fire design procedure. As expected, the fire resistance time of specimen with higher load ratio consistently lessened. The prediction of fire resistance time of unprotected CFT columns based on the limiting steel temperature in current design codes or the formula proposed by previous studies is slightly conservative compared to the fire test results available. To establish the finite element analysis model that can be used to predict the thermal and structural behaviour of unprotected CFT columns in fire, the fully coupled thermal-stress analysis was also tried by using the commercial code ABAQUS. The numerical results showed a reasonable global correlation with the experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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