화재시뮬레이션 입문

1장 성능위주 화재안전설계 1
1.1 개념과 방법론 3
1.1.1 개념 3
1.1.2 방법론: 결정론적 방법(Deterministic Analysis)과 확률(위험)론적 방법(Risk-Based Analysis) 7
1.1.3 PBD 국내 동향 8
1.2 성능위주 화재안전설계의 구체적 절차 9
1.2.1 일반사항 9
1.2.2 프로젝트 범위정의 9
1.2.3 목표규명 11
1.2.4 목적 정의 12
1.2.5 성능기준 선택 13
1.2.6 화재시나리오/설계화재/시험설계 개발/시험설계 평가 18
1.2.7 최종 설계안의 결정 45
1.3 성능위주 소방설계의 국내 적용례 46
1.3.1 일반사항 46
1.3.2 프로젝트 범위정의 47
1.3.3 목표 규명 47
1.3.4 목적 정의 47
1.3.5 성능기준 선택 47
1.3.6 설계화재 시나리오(Fire Scenario) 48
1.3.7 시험설계 평가 50
1.3.8 결론 55

2장 유동학 57
2.1 화재성장 59
2.1.1 개요 59
2.1.2 점화 (Ignition) 59
2.1.3 열전달 및 물질전달 62
2.1.4 연소속도(Burning Rate) 65
2.1.5 최대 연소 유속 69
2.1.6 에너지 방출속도 72
2.1.7 화재성장속도 74
2.1.8 연소속도의 변화에 영향을 미치는 인자 80
2.1.9 화염의 확산 82
2.2 화재플럼(Fire Plume) 84
2.2.1 개 요 84
2.2.2 화재플럼의 생성 85
2.2.3 화재플럼의 구조 85
2.2.4 플럼의 현상 86
2.2.5 화재플럼과 구획경계와의 상호 작용 89
2.2.6 연기단층(Stratification) 90
2.3 실내화재의 양상 91
2.3.1 발화(Ignition) 91
2.3.2 화재성장단계(Developing Fire) 91
2.3.3 전실화재(Flash Over) 92
2.3.4 최성기 화재 (Fully-Developed Fire) 96
2.3.5 감쇠기(Decay) 102
2.4 화재 시뮬레이션 작업시 고려사항 102
2.4.1 건축 공간 특성 102
2.4.2 화재 특성 104
2.4.3 소화 / 감지 105
2.4.4 HVAC 105
2.4.5 기타 106

3장 CFAST 107
3.1 CFAST 개관 109
3.1.1 CFAST 웹사이트로부터 설치 111
3.1.2 컴퓨터 하드웨어 요구사항 112
3.1.3 컴퓨터 환경설정 112
3.1.4 올바른 설치와 동작을 위한 확인작업 113
3.2 CFAST 실행 114
3.2.1 CFAST 입력데이터 파일 작성 115
3.2.2 파일 이름 작성과 위치선택 121
3.2.3 CFAST 계산을 시작 122
3.3 CFAST를 위한 입력파일 설정 125
3.3.1 구성 125
3.3.2 시뮬레이션 환경설정 126
3.3.3 작업별 명칭부여 127
3.3.4 시간한계 설정과 결과치 선택 128
3.3.5 대기조건 130
3.3.6 구획실의 기하학적 형상 조절 133
3.3.7 구획실의 크기와 위치를 설정 135
3.3.8 높은 수직통로와 긴 복도에서의 모델링 138
3.3.9 경계에서의 열물성치 141
3.3.10 구획들의 관계 143
3.3.11 수평 자연유동연결을 명시(Door, Windows) 145
3.3.12 수직 자연유동 연결을 명시(천정, 바닥, 홀, 헤취) 150
3.3.13 기계적인 배기 설정 153
3.3.14 화재 예시 156
3.3.15 유효 산소량에 의해 연소억제(한계산소농도지수) 158
3.3.16 가시도 159
3.3.17 화재 대상물 명시 160
3.3.18 구획실 간에 하나 또는 그 이상의 연소대상물을 명시 166
3.3.19 보통벡터로 계산 169
3.3.20 특수한 형태 171
3.3.21 구획실 면적 명시 177
3.3.22 표면간에 연결되는 열전달 178
3.3.23 시나리오 소프트웨어 한계사항 181
3.4 결과 182
3.4.1 초기 조건 출력 183
3.4.2 다양한 주요결과를 출력 191
3.4.3 벽면과 대상물들에 대한 출력 192
3.4.4 가스 종류에 대한 출력 194
3.4.5 배기구 유동에 대한 출력 195
3.4.6 스프레드시트 출력 196
3.4.7 주요 출력 변수들(project.n.csv) 197
3.4.8 가스 종류를 출력(project.s.csv) 197
3.4.9 개구부 유동(project.f.csv) 197
3.4.10 온도와 열유속(project.w.csv) 198
3.5 연습문제 200
참고문헌 209

4장 FDS 217
4.1 FDS 개관 219
4.1.1 FDS 설치방법 (웹사이트로부터 설치) 219
4.1.2 하드웨어 요구사항 221
4.1.3 컴퓨터 운영체계(OS)와 소프트웨어 요구사항 221
4.2 FDS의 특징 221
4.3 FDS 5에서 새로워진 사항 223
4.4 FDS 실행 225
4.4.1 FDS 계산 시작 225
4.4.2 FDS 파일의 기본적인 구조 227
4.5 FDS 명령어 목록(Namelist) 230
4.5.1 시작 명령어 목록 230
4.5.2 GRID 생성 234
4.5.3 구조체 구성 (Building the Model) 241
4.5.4 경계조건 (boundary condition) 244
4.5.5 Particle & Spray (입자) 248
4.5.6 Devices and Control (장치와 콘트롤) 250
4.5.7 결과물 252
4.5.8 고급기능 262
4.6 Fire Dynamics Simulator V5 실습 277
4.6.1 Axially-Symmetric Helium Plume (helium_2d) 277
4.6.2 Pressure Rise in a Sealed Enclosure (pressure_rise) 278
4.6.3 Two Fans in a Wall (fan_test) 280
4.6.4 Sawtooth (sawtooth) 282
4.6.5 Radiation inside a box (radiation_in_a_box) 284
4.6.6 Simple Heat Conduction Through a Solid Slab (heat_conduction) 287
4.6.7 Temperature-Dependent Thermal Properties (heat_conduction_kc) 289
4.6.8 A Liquid Pool Fire (ethanol_pan) 292
4.6.9 Testing the "Burn-away" Feature (box_burn_away) 295
4.6.10 A Couch Fire (couch) 296
4.6.11 A liquid Fuel Spray Burner (spray_burner) 299
4.6.12 Creating and Removing "HOLE"s and "OBST" ructions (create_remove) 302
4.6.13 Sprinkler Test 1, 2 304
4.6.14 화재 감지기의 동작시간 및 적정배치 여부 평가 309
4.6.15 Fan Test 1,2 311
4.6.16 압력누설 및 구획실의 압력 평가 315
4.6.17 주택화재 317
4.6.18 위험물 탱크에서의 Heat Flux 계산 322
4.6.19 Activate Vents 327
4.6.20 Beam Detector 330
4.6.21 Bucket Test 331
4.6.22 Cable Tray 333
4.6.23 Cascade 336
4.6.24 Charring Solid 337
4.6.25 Control Test 341
4.6.26 Door Crack 343
4.6.27 Emissivity 345
4.6.28 Enthalpy 347
4.6.29 Fuel Evaporation 350
4.6.30 Gas Filling 352
4.6.31 Hallways 353
4.6.32 Insulated Steel Column 354
4.6.33 Lee Waves 357
4.6.34 No HRR 358
4.6.35 Radiation Plane Layer 360
4.6.36 Scaling Test 363
4.6.37 Specified HRR 365
4.6.38 Stack Effect 367
4.6.39 Tangential Velocity 368
4.6.40 Thermoplastic 369
4.6.41 Two Step Solid Reaction 371

5장 Simulex 377
5.1 Simulex란 379
5.1.1 Simulex의 특징 380
5.2 Simulex의 설치 381
5.2.1 시스템 요구사항 382
5.2.2 프로그램의 사용권한 382
5.3 메뉴의 구성 383
5.3.1 메뉴의 구성 383
5.4 Function Key 387
5.4.1 Function Key 387
5.5 시뮬레이션 순서 387
5.5.1 Simulex에서 사용할 CAD 파일 수정 389
5.5.2 도면 임포트 390
5.5.3 계단의 생성 및 링크 설정(다층 건물의 경우) 393
5.5.4 출구 생성 396
5.5.5 Distance Map 설정 397
5.5.6 Distance Map 계산 400
5.5.7 Distance Map 확인 401
5.5.8 경로의 확인 402
5.5.9 거주자의 배치 및 삭제 404
5.5.10 거주자의 특성 부여 406
5.5.11 거주자의 수정 407
5.5.12 시뮬레이션 412
5.5.13 Play Back 413
5.5.14 시뮬레이션 결과 출력 414