구획실 내 가스연료 화재의 CO 농도에 대한 FDS 연소모델의 예측성능 평가

• 영문명: Evaluation of the Prediction Performance of FDS Combustion Models for the CO Concentration of Gas Fires in a Compartment
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 백빛나(Bitna Baek) 오창보(Chang Bo Oh) 황철홍(Chel-Hong Hwang) 윤홍석(Hong-Seok Yun)
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회논문지』Vol.32 No.1, 7~15쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2018.02.28

국문 초록

구획실 내 프로판 가스화재에 대해 Fire Dynamics Simulator (FDS)를 이용한 수치계산을 수행하고 실험과의 비교를 통해 적용된 연소모델 예측성능을 평가하였다. 검토된 연소모델은 FDS v5.5.3의 혼합분율 연소모델과 FDS v6.6.3의 Eddy Dissipation Concept (EDC) 모델이며, EDC 모델에서 화학반응기구는 1-step Mixing Controlled, 2-step Mixing Controlled, 3-step Mixing Controlled 및 Mixing Controlled 반응과 유한화학반응이 혼합된 3-step Mixed 반응을 적용하 였다. 구획실 내부의 온도에 대해서는 각 연소모델들 간의 예측성능 차이는 그다지 크지 않음을 확인하였다. 연소모 델 차이에 의한 O2와 CO2 농도에 대한 예측성능 차이보다는 CO에 대한 예측결과 차이가 크게 나타났다. CO 농도에 대해서는 EDC 3-step Mixing Controlled 모델이 가장 높게 예측하며 혼합분율 연소모델은 실험보다는 낮게 예측하였 다. EDC 3-step Mixed 모델이 가장 예측성능이 좋았지만 EDC 2-step Mixing Controlled 모델도 충분히 합리적인 수준 으로 예측하고 있음을 확인하였다. EDC 1-step Mixing Controlled 모델에 기존에 제안된 CO 수율을 적용할 경우 CO 농도에 대해서 너무 과소 예측하며 CO 예측 정확도를 높이기 위해 수율을 높이면 CO2 농도에 대한 합리적인 예측이 어려워지는 문제점이 있었다.

영문 초록

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 O2 and CO2 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 CO2 concentration when the CO yield was modified to predict the CO concentration reasonably.

목차

1. 서 론

2. 실험방법

3. 수치계산

4. 결과 및 고찰

5. 결 론

키워드

Carbon Monoxide Combustion Model Fire Dynamics Simulator (FDS) EDC Model Mixture Fraction Model