Experimental and numerical studies on the fire characteristics according to the distance between the fire source and sidewall under the over-ventilated fire conditions. A 1/3 reduced ISO 9705 room was constructed and spruce wood cribs were used as fuel. Fire Dynamics Simulator (FDS) was used for fire simulations to understand the phenomenon inside the compartment. As a result, the mass loss rate and heat release rate were increased due to the thermal feedback effect of the wall in the compartment fire compared to the open fire. As the distance between the fire source and sidewall was reduced, the major fire characteristics, such as maximum mass loss rate, heat release rate, fire growth rate, temperature, and heat flux, were increased despite the limitations of air entrainment into the flame. In particular, a significant change in these physical quantities was observed for the case of a fire source against the sidewall. In addition, the vertical distribution of temperature was changed considerably due to a change in the flow structure inside the compartment according to the distance between the fire source and sidewall.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.21
no.1
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pp.41-48
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2009
The present study has been performed to investigate the thermal characteristics of under-ventilated compartment fire which is a typical fire condition in structures. A series of fire experiments was conducted to characterize the thermally driven flow in a 2/5 scale ISO 9705 fire compartment. Three different fuels were used in this test series, methane gas, heptane pool, and polystyrene pellets fire. In order to measure accurate temperature, double shield aspirated thermocouples reducing the effect of radiative energy exchange on temperature measurement were used in addition to bare bead thermocouples. The upper layer temperature for well ventilated fire was increased with increasing heat release rate, but it was slightly decreased for under-ventilated fire. The measured temperatures in the upper layer at the front sampling location were higher than at the rear. Thermal characteristics through the doorway were also analysed for a wide range of heat release rates. This study provides a comprehensive and quantitative assessment of fire behavior for under-ventilation condition of fire.
Gupta, Vinny;Hidalgo, Juan P.;Lange, David;Cowlard, Adam;Abecassis-Empis, Cecilia;Torero, Jose L.
International Journal of High-Rise Buildings
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v.10
no.4
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pp.345-364
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2021
Developments in the understanding of fire behaviour for large open-plan spaces typical of tall buildings have been greatly outpaced by the rate at which these buildings are being constructed and their characteristics changed. Numerous high-profile fire-induced failures have highlighted the inadequacy of existing tools and standards for fire engineering when applied to highly-optimised modern tall buildings. With the continued increase in height and complexity of tall buildings, the risk to the occupants from fire-induced structural collapse increases, thus understanding the performance of complex structural systems under fire exposure is imperative. Therefore, an accurate representation of the design fire for open-plan compartments is required for the purposes of design. This will allow for knowledge-driven, quantifiable factors of safety to be used in the design of highly optimised modern tall buildings. In this paper, we review the state-of-the-art experimental research on large open-plan compartment fires from the past three decades. We have assimilated results collected from 37 large-scale compartment fire experiments of the open-plan type conducted from 1993 to 2019, covering a range of compartment and fuel characteristics. Spatial and temporal distributions of the heat fluxes imposed on compartment ceilings are estimated from the data. The complexity of the compartment fire dynamics is highlighted by the large differences in the data collected, which currently complicates the development of engineering tools based on physical models. Despite the large variability, this analysis shows that the orders of magnitude of the thermal exposure are defined by the ratio of flame spread and burnout front velocities (VS / VBO), which enables the grouping of open-plan compartment fires into three distinct modes of fire spread. Each mode is found to exhibit a characteristic order of magnitude and temporal distribution of thermal exposure. The results show that the magnitude of the thermal exposure for each mode are not consistent with existing performance-based design models, nevertheless, our analysis offers a new pathway for defining thermal exposure from realistic fire scenarios in large open-plan compartments.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2019.11a
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pp.96-97
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2019
According to building law, there are only regulations on the fire prevention compartments that can perform the function of partial smoke compartment, but the building law management of the smoke compartment for effective smoke diffusion prevention and control is not possible. The lack of control on the smoke compartment such as leakage rate on the penetrating part, and the lack of leakage rate in the design of smoke control of fire safety law resulted in the absence of fundamental safety technology. Therefore, this study seeks to find solutions to domestic problems after reviewing relevant domestic laws and regulations.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2013.05a
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pp.107-108
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2013
In this study, combustibles investigation and fire growth rate experiment were performed for predicting initial fire behavior in buildings. Combustibles investigation was performed for residential buildings, which is most frequently affected by fire in Korea. Spatial characteristics and combustibles properties were separately investigated, and occupied area and layout characteristics of combustibles were identified to produce general layout models. Of the layout models, room was selected for fire test of a single compartment. From this test, fire propagation for each combustible was identified, which was delayed compared to the summed heat release rate of a single combustible.
In this study, a numerical sensitivity analysis was performed to determine the fire suppression time for a large number of water mist nozzles in a large fire compartment. Fire simulations were performed using FDS (Fire dynamics simulator) 6.5.2 under the same condition as the test scenario 5 of the International Maritime Organization (IMO) 1165 test protocol. The sensitivities of input parameters including cell size, extinguishing coefficient (EC), droplets per second (DPS), and peak heat release rate (HRR) of fuel were investigated in terms of the normalized HRR and temperature distribution in the compartment. A new method of determining the fire suppression time using FDS simulation was developed, based on the concept of the cut-off time by cut-off value (COV) of the heat release rate per unit volume (HRRPUV) and the cooling time by the HRR cooling time criteria value (CTCV). In addition, a method was developed to determine the average EC value for the simulation input, using the cooling time and cut-off time.
The present study performs a series of 40 % reduced scale of ISO-9705 fire test to investigate the characteristics of heat flux on the floor level in terms of fire characteristics and location in the compartment. The heat flux was measured with Schmidt-Boelter type heat flux gauge at two locations on the floor level of inside and doorway side of the compartment. Different types of fuel - methane, heptane, toluene, ethanol, polystyrene - were burned in this test series. The measured heat flux inside of the compartment was relatively higher than that of front side as the heat release rate of fire and upper layer temperature increased. The difference of measured heat flux at inside and doorway side increased for high sooty fire. The present study shows that the heat flux distribution at lower layer greatly depend on the thermal radiation from fire and upper layer, not only the upper layer temperature but also various fire characteristics such as composition of combustion gases, soot concentration, ventilation condition and so on.
Kim, Jong-Hyun;Ko, Gwon-Hyun;Park, Chung-Hwa;Hwang, Cheol-Hong
Fire Science and Engineering
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v.24
no.5
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pp.32-38
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2010
Multi-dimensional fire dynamics were studied numerically with the change in ventilation conditions in a full-scale ISO 9705 room. Fire Dynamic Simulator (FDS) was used for the identical conditions conducted in previous experiments. Flow rate and doorway width were changed to create over-ventilated fire (OVF) and under-ventilated fire (UVF). From the numerical simulation, it was found that the internal flow pattern rotated in the opposite direction for the UVF relative to the OVF so that a portion of products recirculated to the inside of compartment. Significant change in flow pattern with ventilation conditions may affect changes in the complex process of CO and soot formation inside the compartment due to increase in the residence time of high-temperature products. The fire behavior in the UVF created complex 3D characteristics of species distribution as well as thermal and flow structures. In particular, additional burning near the side wall inside the compartment significantly affected the flow pattern and CO production. The distribution of CO inside the compartment was explained with 3D $O_2$ distribution and flow patterns. It was observed that gas sampling at local positions in the upper layer were insufficient to completely characterize the internal structure of the compartment fire.
The present study measured the light transmission to quantify the smoke density(smoke mass concentration) through the doorway in a compartment fire and performed the uncertainty analysis to evaluate the reliability of the measurement technique. The optical light extinction method based on Bourguer's law was applied to estimate the smoke density of doorway exhausting smoke flow in upper layer of a compartment for methane gas fires. The measurement uncertainty of the light extinction measurement was evaluated for the light transmittance, path length, and specific mass extinction coefficient and the expanded uncertainty was estimated about 20% with confidence level of 95%. The mean smoke density through the doorway for the methane fire was calculated for quasi-steady fire and the smoke density linearly increased as the GER increased.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.18
no.4
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pp.344-350
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2006
The present study investigates the characteristics of fire-driven heat flows and gas concentration in a compartment fire by using the modified VHS model (MVHS). The main idea of this model is to add some source terms for combustion products and oxygen consumption to the original VHS model for providing more accurate and useful information on gas concentration distributions as well as thermal fields. It is found that the present MVHS model shows fairly good agreement with the experimental data and the eddy breakup combustion model. The tilting angle of fire plume calculated by MVHS is larger than that of EBU model because the fire source of VHS is affected by ventilating flow less than EBU. However, this discrepancy is apparently reduced in the downstream region of fire source.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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