The Effects of the Area of Openings on the Performance of a <TEX>$CO_2$</TEX> Extinguishing System -The CFD Simulations of the Oil Surface Fire in a Machine Room-

Heung-Kyun, Jeon; Young-Sang, Choi; Jong-Tack, Park

Fire Science and Engineering 2008;22(1):1-9.
Published online March 31, 2008.

개구부 면적이 $CO_2$ 소화설비의 소화성능에 미치는 영향 -기계실 석유 표면화재의 CFD simulations-

전흥균, 최영상, 박종탁

¹대구보건대학 소방안전관리과²대구보건대학 소방안전관리과³대구보건대학 소방안전관리과

The Effects of the Area of Openings on the Performance of a $CO_2$ Extinguishing System -The CFD Simulations of the Oil Surface Fire in a Machine Room-

Jeon Heung-Kyun, Choi Young-Sang, Park Jong-Tack

요약

이산화탄소는 다른 어떤 가스계 소화약제보다도 화재를 안전하게 진압하는 소화약제로서 다양한 방호구역과 화재에 대하여 널리 사용되고 있다. 성능위주설계 개념에 따라 이산화탄소 소화설비는 설계 단계에서 해당 방호구역의 발생 가능한 화재시나리오에 따라 소화성능을 확인할 필요가 있다. 본 연구에서는 $100m^3$의 체적을 갖는 기계실의 석유 유출(설계)화재시 개구부의 크기가 $CO_2$ 소화설비의 소화성능과 유동장의 유동특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 CFD 시뮬레이션을 수행하였다. 소화완료 시간은 개구부의 면적 크기에 비례하여 증가하였고, 3가지 화재모델의 소화완료 시간 모두 $CO_2$ 소화설비의 성능기준에 부합하였다. 개구부의 질량 유동율은 화재 열방출과 $CO_2$ 소화약제 분사의 복합적인 작용에 의해 영향을 받았다. $CO_2$ 소화약제 분사 완료 후 방호구역의 산소농도는 화재모델 모두 연소한계산소농도 보다 적었다.

Abstract

Carbon dioxide($CO_2$) agent, which has more safely extinguished fire than any other gaseous fire extinguishing agents, has been widely used in various protected enclosures and types of fires. According to the concept of performance-based design(PBD). $CO_2$ extinguishing system to be designed is needed to be evaluated for the performance of fire suppression with possible fire scenarios in an enclosure. In this paper, CFD simulations were carried out to study the effects of opening area on the performance of $CO_2$ extinguishing system and the flow characteristics in the machine room of $100m^3$ in which kerosene spill fire happened. This study showed that time of fire suppression increased linearly in proportion to the size of opening area, and fires for each model were completely suppressed prior to the end of discharge of $CO_2$ agent. It was shown that mass flow rate through opening was influenced by the combined effects of heat release rate of fire and discharge of $CO_2$ agent. After $CO_2$ agent was completely discharged, oxygen concentrations in enclosures for each model were lower than the limit concentration of combustion.

Key Words: $CO_2$ agent, Performance-based design, CFD simulations, Opening area, Performance of $CO_2$ extinguishing system