Fire simulation has been developed for decades to analyze fire cases and provide a tool to study fundamental fire dynamics and combustion. There are three way of fire simulation which are a full scale simulation, an experimental simulation and a computational simulation. In case of a full scale simulation, because a higher cost, a higher risk, more efforts are needed, a demand for it has been decreased. But recently a demand for an experimental simulation and a computational simulation has been increased. A computational simulation has several advantages; lower cost, short period, many case studies, more visual results, a quantitative result and etc. FDS(Fire Dynamics Simulator) which has been developed in BFRL(Building and Fire Research Laboratory), NIST(National Institute of Standards and Technology) is a popular world wide code for fire simulation. Lack of accurate predictions by the model could lead to erroneous conclusions with regard to fire safety. All results should be evaluated by the informed judgment of the qualified user.
Kim, Jae Han;Lee, Chi Young;Jeong, Lee Gyu;Kim, Duncan
Fire Science and Engineering
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v.32
no.6
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pp.7-14
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2018
This study investigated numerically the influences of fire curtain and natural smoke vent area on smoke movement in the stage fire of a theater using FDS (Fire Dynamics Simulator). The dimension of the theater stage was 31 m in width, 34 m in depth, and 32 m in height. The area ratios between the natural smoke vent and stage were approximately 10%, 8%, 5%, and 1%. The gap distance between the fire curtain and proscenium wall was 0.5 m. The fire curtain and natural smoke vent area were observed to affect significantly the behavior of smoke movement to the auditorium and the mass flow rates of inflow and outflow through the natural smoke vent and proscenium opening. In addition, under the same natural smoke vent area, the pressure in the stage with a fire curtain was lower than that without a fire curtain.
In this study, new design fire curves were suggested for the utilization in fire simulations. Numerical simulations with the Fire Dynamics Simulator (FDS) were performed for the n-octane and n-heptane pool fires in the ISO 9705 compartment to evaluate the prediction performance of the previous quadratic, exponential design fire curves and newly suggested ones. The numerical results were compared with the experimental temperature and concentrations of $O_2$ and $CO_2$. The numerical results with the previous quadratic and exponential curves showed slow increase and decrease trend than experiments. However, the numerical results with the newly suggested 2 design fire curves showed more similar variation trend in temperature, $O_2$ and $CO_2$ concentrations than the quadratic and exponential curves. It was found that the newly suggested design fire curves can be possibly used in the numerical simulation of fires in a practical respect.
The heat release rate (HRR) of fire for solid combustibles, consisting of multi-materials, was measured using the ISO 9705 room corner test, and a computational analysis was conducted to simulate the fire using an HRR prediction model that was provided by a fire dynamics simulator (FDS). As the solid combustible consisted of multi-materials, a cinema chair composed primarily of PU foam, PP, and steel was employed. The method for predicting the HRR provided by the FDS can be categorized into a simple model and a pyrolysis model. Because each model was applied and computational analysis was conducted under the same conditions, the HRR and fire growth rate predicted by the pyrolysis model had good agreement with the results obtained using the ISO 9705 room corner test.
Mun, Sun-Yeo;Hwang, Cheol-Hong;Park, Jong Seok;Do, Kyusik
Fire Science and Engineering
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v.27
no.2
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pp.80-88
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2013
The validation of Fire Dynamics Simulator (FDS) was conducted for the under-ventilated fire in well-confined multi-compartments representative of nuclear power plant. Numerical results were compared with experimental data obtained by the OECD/NEA PRISME project. The effects of the numerical boundary conditions (B.C.) in ventilated system and the flame suppression model applied within FDS on the thermal and chemical environments inside the compartment were discussed in details. It was found that numerical B.C. on the vent flow resulting from over-pressure at ignition and under-pressure at extinction should be considered carefully in order to predict accurately the species concentrations rather than temperatures and heat fluxes inside the multi-compartment. The default information of suppression model applied within FDS resulted in artificial phenomena such as flame extinction and re-ignition, and thus the FDS results on the under-ventilated fire showed good agreement with the experimental results as the modified suppression criteria of the fuel used was adopted.
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.
The effects of changes in area and location of fire source, fire growth rate, and volume of compartment on the major fire characteristics, including heat release rate, in closed compartment fires were examined. To this end, a fire simulation using Fire Dynamics Simulator (FDS) was performed for ISO 9705 room with a closed opening. As main result, it was found that the changes in the area and location of fire source did not significantly affect the thermal and chemical characteristics inside the compartment, such as maximum heat release rate, total heat release, maximum temperature at upper layeras well as species concentrations. However, increasinthe fire growth rate and volume of compartment resulted in increase of the maximum heat release rate and total heat release, decrease in the limiting oxygen concentration and increase in the maximum CO concentration. Finally, a methodology for the application of fire growth curves to closed compartment fires was proposed by deriving the correlation of the maximum heat release rate expressed as a function of the fire growth rate and the volume ratio of compartment based on the ISO 9705 room.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.349-356
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2020
The heat release rate (HRR) and fire growth rate of fire for the solid combustibles consisting of multi-materials was measured through the ISO 9705 room corner test, and the computational analysis in a closed compartment was performed to simulate a fire using the heat release rate prediction model provided by a Fire Dynamics Simulator (FDS). The method of predicting the heat release rate provided by the FDS was divided into a simple model and a pyrolysis model. Each model was applied and computational analysis was performed under the same conditions. As the solid combustible consisting of multi-materials, a cinema chair composed mostly of PU foam, PP, and steel was selected. The simple model was over-predicted compared to the predicted heat release rate and fire growth rate using the pyrolysis model in a closed compartment.
The fire protection regulation for the nuclear power plants is based on the qualitative fire hazard assessment and the quantitative fire risk analysis, and the fire risk is managed by the fire protection plan with the appropriate balance among the fire prevention, fire suppression and the minimization of the fire effect. In these days, the zone model or the field model is generally used for the detail evaluation for the fire risk. At this paper, with consideration of the present trend, we evaluate whether the quantitative fire risk analysis and the assessment of fire result for fire areas at nuclear power plants can be possible by use of Fire Dynamics Simulator (FDS) that is the state-of-the-art fire modeling tool. Consequently, it is expected that the quantitative fire risk evaluation propelled by the fire modeling can be available as an applicable tool to improve the core damage frequency as well as the quantitative fire risk analysis.
This study is related with the fire risk assessment for fire area at nuclear power plant by use of FDS (Fire Dynamics Simulator) that is a computational fluid dynamics (CFD) model of fire-driven fluid flow. The major purpose of this research is to analyze the sensitivity of the fire modeling when the heat release rate that is an important input variable is changed as well as when the grid size that is a critical factor of the fire model is modified. The result is presented at the conclusion with some comments for CFD model application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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