• 한국안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.42-48
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• 2013

The $CO_2$ suppression characteristics and flame structure of nitrogen-diluted methane counterflow non-premixed flame were studied experimentally and numerically. To mimic a situation where combustion product gases are entrained into a compartment fire, fuel stream was diluted with $N_2$. A gas-phase suppression agent, $CO_2$, was diluted in the air-stream to investigate the suppression characteristics by the agent. For numerical simulation, an one-dimensional OPPDIF code was used for comparison with experimental results. An optically-thin radiation model(OTM) was adopted to consider radiation effects on the suppression characteristics. It was confirmed experimentally and numerically that suppression limit decreased with increasing nitrogen mole fraction in the fuel stream. A turning point was found only when a radiation heat loss was considered and the extinguishing concentration for turning point was differently predicted compared to the experiment result. Critical extinguishing concentration when neglecting radiation heat loss was also differently predicted compared with the experimental result.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제26권1호
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• pp.1-8
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• 1994

중대사고시 고온·고압의 열수력적 현상과 증기의 억제효과를 정량화할 수 있는 수소연소에 의한 화염속도 상관식을 제시하고 보정인자들을 정의하였다. 이 상관식은 기존의 Iijima-Takeno 상관식에 중대사고시에 예상되는 수소와 증기의 농도 범위에서 증기의 억제효과를 정량화하는 인자인 증기억제율을 정의하여 추가하고, 초기 압력의 영향을 고려하는 보정효과를 변형한 것이다. 또한 기존의 화염속도 모델은 상온·대기압력에서 수행된 실험에 기초한 상관식으로 중대사고시의 고온·고압의 열수력적 현상을 올바로 모사할 수 없으며. 증기의 억제 효과를 정량화할 수 없었다. 따라서 화염의 구조를 정의하고, 해석적 분석을 통해 화염속도를 계산하였고, 이 결과를 중대사고 해석용 코드인 MAAP, HECTR의 상관식 결과와 FITS 실험자료와 비교하여 해석적 모델의 적합성을 검증하였다. 이러한 결과를 기초로 화염 속도에 대한 증기의 억제 효자를 정량화하고, 초기 온도와 압력의 영향을 보정하는 인자들을 결정하여 수소연소에 의한 간편한 형태의 화염속도 상관식을 제시하였다.

• 한국안전학회지
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• 제25권3호
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• pp.22-27
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• 2010

A prediction performance of Fire Dynamics Simulator(FDS) developed by NIST for the diffusion flame structure was validated with experimental results of a laminar slot jet diffusion flame. Two mixture fraction combustion models and two finite chemistry combustion models were used in the FDS simulation for the validation of the jet diffusion flame structure. In order to enhance the prediction performance of flame structure, DNS and radiation model was applied to the simulation. The reaction rates of the finite chemistry combustion models were appropriately adjusted to the diffusion flame. The mixture fraction combustion model predicted the diffusion flame structure reasonably. A 1-step finite chemistry combustion model cannot predict the flame structure well, but the simulation results of a 2-step model were in good agreement with those of experiment except $CO_2$ concentration. It was identified that the 2-step model can be used in the investigation of flame suppression limit with further adjustment of reaction rates

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회B
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• pp.2983-2988
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• 2007

In the present study, the numerical investigation on the effects of water-mist characteristics has been carried out for the fire suppression mechanism. The FDS are used to simulate the interaction of fire plume and water mists, and program describes the fire-driven flows using LES turbulence model, the mixture fraction combustion model, the finite volume method of radiation transport for a non-scattering gray gas, and conjugate heat transfer between wall and gas flow. The numerical model is consisted of a rectangular enclosure of $L{\times}W{\times}H=1.5{\times}1.5{\times}2.0m$ and a water mist nozzle that be installed 1.8m from fire pool. In the study, the parameters of nozzle for simulation are the droplet size and the spray velocity. Finally, the droplet size influences to fire flume on fire suppression than spray velocity because of the effect of terminal velocity, and the optimal condition for fire suppression is that the droplet size and the spray velocity are $100{\mu}m$ and 20m/s, respectively.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제27권2호
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• pp.80-88
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• 2013

원자력발전소의 밀폐된 다중 구획에서 환기부족화재에 대한 FDS 검증이 수행되었다. 수치결과는 OECD/NEA PRISME 프로젝트를 통해 얻어진 실험결과와 비교되었다. 환기시스템의 수치 경계조건 및 FDS에 적용된 소화모델이 구획 내부의 열적 및 화학적특성에 미치는 영향이 상세히 논의되었다. 점화 및 소화 단계에서 구획 내부의 급격한 압력변동에 의해 변화될 수 있는 환기 유량의 수치 경계조건은 다중 구획 내부의 온도, 열유속에는 큰 영향을 주지 않지만, 농도의 정확한 예측을 위하여 주위 깊게 고려되어야 한다. FDS에 적용된 소화모델의 기본값은 인위적인 소화 및 재점화 현상을 동반하며, 해당 연료에 대한 수정된 소화모델의 정보가 적용되었을 때 환기부족화재에 대한 FDS의 결과는 실험결과를 매우 잘 예측하고 있음을 확인하였다.

• 한국안전학회지
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• 제11권3호
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• pp.66-74
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• 1996

Numerical simulations were carried out using standard Reynolds stress turbulence model(LRR model) and modified RSM(Janicka model ) to validate these models in combustion flow fields. Two flames were selected for use as a benchmark data for model testing. One is a conventional jet diffusion flame that has the effect of suppression of turbulence by combustion. The other is a triple jet diffusion flame that designed to give high turbulence to the periphery of the flame and to remove the low Reynolds-number flow fields. As a result, it was found that the modification of standard RSM model is indispensable in the modelling of flames with low turbulence region. And it is also necessary to improve the existing modified models for the universal use.

• 한국분무공학회지
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• 제22권4호
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• pp.175-184
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• 2017

The numerical investigation on the effects of water-mist characteristics has been carried out for the fire suppression mechanism. The FDS are used to simulate the interaction of fire plume and water mists, and program describes the fire-driven flows using LES turbulence model, the mixture fraction combustion model, the finite volume method of radiation transport for a non-scattering gray gas, and conjugate heat transfer between wall and gas flow. The numerical model is consisted of a rectangular enclosure of $L{\times}W{\times}H=1.5{\times}1.5{\times}2.0m^3$ and a water mist nozzle that be installed 1.8 m from fire pool. In the present study, the parameters of nozzle for simulation are the droplet size and the spray velocity. The droplet size influences to fire flume on fire suppression more than the spray velocity because of the effect of the terminal velocity. The optimal condition for fire suppression is that the droplet size and the spray velocity are $100{\mu}m$ and 20 m/s respectively.

• 한국안전학회지
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• 제24권1호
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• pp.21-25
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• 2009

Extinguishing limits of laminar ethylene/oxygen flames in both normal and inverse co-flow jet burner have been determined experimentally and computationally. An inert gas($N_2$, Ar, $CO_2$) was added into the oxidizer to find the critical concentration and the effectiveness of the agents on flame extinction. The experimental results showed that the physical aspect of inert gases was main mechanism for flame blow-out as same as cup burner test, but the flow effect should be considered to determine the extinction concentration. The numerical prediction was performed with modified WSR model and the result was in good agreement with the measurements. The experimental and numerical methods could be used for the assessment of various flame suppression agents such as minimum extinguishing concentration.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제26권4호
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• pp.55-62
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• 2012

소화약제의 국소방출방식 개념이 적용될 수 있는 대향류 확산화염을 대상으로 $CO_2$ 소화약제의 소화기구를 재조명하기 위한 연구가 시도되었다. 이를 위해 연료 또는 공기류에 $CO_2$가 첨가된 낮은 총괄신장율의 $CH_4$/air 대향류 확산화염이 상세반응을 이용한 수치해석을 통해 검토되었다. 첨가된 $CO_2$를 포함한 복사 참여 화학종의 복사 열손실을 고려하기 위하여 optically thin model(OTM)이 적용되었다. 주요 결과로서, 공기류에 첨가된 $CO_2$의 소화농도 예측결과는 문헌에 보고된 실험결과를 적절하게 예측하고 있으나, 연료류에 첨가된 경우 다소 과소 예측된 결과를 확인하였다. 소화효과에 대한 정량적 분석을 위하여 가상의 소화약제의 개념이 도입되었다. $CO_2$ 소화효과의 분석을 통해 총괄신장율($a_g$)에 따른 순수 희석효과, 복사 열손실 및 열용량에 의한 열적효과 그리고 $CO_2$의 연쇄반응 억제를 통한 화학적 효과의 정량적 기여도를 구체적으로 확인할 수 있었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제28권3호
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• pp.20-28
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• 2014

대향류 메탄/공기 확산화염에서 복사모델이 소화한계에 미치는 영향이 수치적으로 검토되었으며, 수치결과의 검증을 위하여 기초실험이 병행되었다. 소화약제로는 $N_2$와 $CO_2$가 고려되었으며, 다른 정확도를 갖는 복사모델 OTM과 SNB에 따른 소화농도의 차이가 검토되었다. 주요 결과로서, $N_2$가 첨가된 경우, 복사모델의 정확도에 따라 소화농도의 큰 차이가 발생되지 않는다. 그러나 강한 복사효과를 갖는 $CO_2$가 낮은 신장율의 화염에 첨가되었을 때, SNB와 같은 예측 정확도가 높은 복사모델이 고려되어야 한다. 특히 연료에 첨가된 $CO_2$의 경우 복사모델 SNB와 OTM에 의한 소화농도는 차이를 갖게 된다. 따라서 소화농도 예측을 위해서는 수치해의 정확도와 계산시간을 고려한 합리적인 복사모델의 선택이 필수적이라 할 수 있다.