• 한국수자원학회논문집
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• 제57권8호
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• pp.493-507
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• 2024

RANS 기반의 CFD 해석은 계산 효율성이 높아 실무 수리해석을 포함한 다양한 공학 분야에서 널리 적용되고 있으나 자유수면과 같이 이상유체흐름 해석에서 비물리적인 거동이 나타나는 문제가 오랫동안 제기되어 왔다. 일반적인 RANS 기반의 해석에서 적용되는 2 방정식 난류 모형은 단상유체를 대상으로 개발되어 유체 밀도의 급격한 변화가 발생하는 이상유체에서는 경계면에서 실제와 다른 높은 난류 에너지 생성을 모의한다. 최근 이를 해결하기 위해 개발된 방법 중의 하나인 부력 수정 난류 모형은 해안 분야에 적용되어 일부 적합성이 검증되었으나 개수로 흐름에 적용된 사례는 없다. 본 연구에서는 오픈 소스 프로그램인 OpenFoam의 VOF 기법을 기반으로 부력 수정 난류 모형의 적용성을 평가하였다. 등류 흐름 적용 결과에 의하면 부력 수정 k-𝜖 모형과 부력 수정 k-ω SST 모형이 자유수면 부근에서의 난류 에너지 저감 현상을 잘 모의함을 확인하였으며, 특히 부력 수정 k-ω SST 모형은 연직 유속 분포를 잘 모의함을 확인하였다. 또한 댐 붕괴 흐름에 적용하여 수면형의 변동이 크고 공동이 형성되는 경우에 대해 검토하였다. 모의 결과 부력 수정 난류 모형은 VOF 기법에 따라 상이한 결과를 나타내며 실험결과와 다른 비물리적인 거동을 나타내었다. 부력 수정 난류 모형이 수면이 안정적인 형태인 경우에는 적용성이 있으나 자유 수면의 급격한 변화가 발생하는 경우에 범용적으로 적용하기에는 여전히 한계가 있는 것으로 나타났다. 수면형이 급격하게 변화하거나 공동이 형성되는 흐름의 경우에는 난류 모형에 대한 적절한 보정이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국대기환경학회지
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• 제12권3호
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• pp.231-241
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• 1996

The effect of radiation and buoyancy on the thermophoresis phenomenon owing to the presence of highly absorbing, emitting particles (such as soot or pulverized coal) suspended in a two phase flow system was investigated numerically for a turbulent mixed convection flow. The analysis of conservation equations for a gas-particle flow system was performed on the basis of a two-fluid model from a continuum Eulerian viewpoint. The modified van Driest and Cebeci mixing length turbulence model was adopted in the anaylsis of turbulent flow. In addition, the P-1 approximation was used to evaluate the radiation heat transfer. As expected from the particle concentration and drift velocity distribution, the cumulative collection efficiency E (x) becomes larger when the buoyancy effect increases (i.e. higher Grashof number), while smaller as the radiation effect increases (i.e. higher optical thickness).

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제30권6호
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• pp.496-506
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• 1998

This paper deals with the computational modeling of buoyancy-driven turbulent heat transfer involving spatially uniform volumetric heat sources in semicircular geometry. The Launder & Sharma low-Reynolds number k-$\varepsilon$ turbulence model without any modifications and the SIMPLER computational algorithm were used for the numerical modeling, which was incorporated into the new computer code CORE-TNC. This computer code was subsequently benchmarked with the Mini-ACOPO experimental data in the modified Rayleigh number range of 2$\times$10$^{13}$ $\times$10$^{14}$ . The general trends of the velocity and temperature fields were well predicted by the model used, and the calculated isotherm patterns were found to be very similiar to those observed in previous experimental investigations. The deviation between the Mini-ACOPO experimental data and the corresponding numerical results obtained with CORE-TNC for the average Nusselt number was less than 30% using fine grid in the near-wall region and the three-point difference formula for the wall temperature gradient. With isothermal pool boundaries, heat was convected predominantly to the upper and adjacent lateral surfaces, and the bottom surface received smaller heat fluxes.

• International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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• 제10권3호
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• pp.117-128
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• 2002

This paper describes the smoke filling process of a fire field model based on a self-deve-loped 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-$\varepsilon$ turbulence model with buoyancy production term. Also it solves the radiation equation using the discrete ordinates method. Compressibility is assumed and the perfect gas law is used. Comparison of the calculated upper-layer average tempera-ture and smoke layer clear height with the zone models has shown reasonable agreement. The zone models used are the CFAST and the NBTC one-room. For atrium fires with ceiling glass the ceiling heat flux by solar heat causes a high smoke temperature near the ceiling. However, it has no effect on the smoke movement such as the smoke layer clear heights that are important in fire safety. In conclusion, the smoke layer clear heights that are important in evacuation activity except the early of a fire were not as sensitive as the smoke layer tem-perature to the nature of ceiling heat flux condition. Thus, a fire sensor in atrium with ceiling glass has to consider these phenomena.

• International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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• 제10권3호
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• pp.162-175
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• 2002

To investigate smoke movement with radiation in a room fires, a numerical and experi-mental analysis were performed. In this paper, results from a field model based on a self-developed SMEP (Smoke Movement Estimating Program) were compared with Stockier's ex-periment and the experiments on various sized pool fires in a room with door The SMEP using PISO algorithm solves conservation equations for mass, momentum, energy and species, together with those for the modified k- $\varepsilon$ turbulence model with buoyancy term. Also it solves the radiation equation using the S-N discrete ordinates method (DOM). The result of the cal-culated smoke temperature considering radiation effect has shown good agreement compared with the experimental data, although there are large discrepancy in the hot smoke layer be-tween the temperature predicted by the SMEP with only convection effect and obtained by the experimental result. This large discrepancy is caused from the radiation effect of $H_2O$ and $CO_2$ gas under smoke productions. Hence the radiation effect under smoke in fire is the point to be specially considered in order to produce more realistic result.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.20-29
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• 1999

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.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.7-15
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• 2001

본 연구는 3차원 아트리움 공간(일본의 SIVANS 아트리움)내에서 화재 발생시 복사가 고려된 연기의 거동을 알아보기 위해 자체개발한 SMEP(Smoke Movement Estimating Program) Held 모델을 사용하여 수치해석하였다. PISO 알고리즘과 부력항을 포함한 수정 k-$\\varepsilon$ 난류모델을 사용한 SMEP은 연속, 운동, 에너지, 농도 그리고 복사 열 전달 방정식을 풀었으며, 복사 열 전달 방정식의 해석을 위하여 S-N 구분종좌표법을 채택하여 사용하였다. 수치해석 결과 연기의 온도분포는 복사와 대류를 힘께 고려했을 경우가 대류만을 고려했을 경우 보다 실험결과와 근사한 경향을 나타내었다. 이것은 연기속에 포함되어 있는 연소생성을 중 $H_2$O와 $CO_2$ 가스의 복사 영향 때문이며, 따라서 좀더 실제적인 화재해석에 있어서 연기의 복사 영향을 고려하는 것이 필요하다. 또한 연층의 하강 복도는 약 0.l m/s이었으며 피난수준인 바닥 1.5m까지 연층이 도달하는 데에는 56 kW의 Ultra Fast Fire의 경우 약 450초의 시간이 걸렸다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제14권3호
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• pp.6-12
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• 2000

본 연구는 두 가지 유형의 3차원 실내 공간 내에서 화재 발생시 연기거동에 미치는 복사영향을 알아보기 위해 자체개발한 SMEP(Smoke Movement Estimating Program) Seld 모델을 사용하여 수치해석하였다. PISO 알고리즘과 부력항을 포함한 수정 k - e 난류모델을 사용한 SMEP은 연속, 운동, 에너지, 농도 그리고 복사 열 전달 방정식을 풀었으며, 복사 열 전달 방정식의 해석을 위하여 S-N 구분종좌표법을 채택하여 사용하였다. 수치해석 결과 연기의 온도분포는 복사를 고려하지 않고 대류만을 고려했을 경우 실험치와 많은 오차를 보였으나 복사를 함께 고려했을 경우는 실험치와 작은 오차범위로 비슷한 경향을 나타내었다. 이것은 연기속에 포함되어 있는 연소생성물 중 H2O와 CO2 가스의 복사 영향 때문이며, 따라서 좀더 실제적인 화재해석에 있어서 복사는 반드시 고려되어야만 한다.