도시철도는 현재 대도시에서 가장 중요한 이동수단이다. 많은 도시민이 도시철도를 이용하는 만큼 열차 내부와 지하공간의 공기 질은 시민들에게 매우 중요하다. 하지만 관리 및 유지 비용 등의 이유로 터널 내부의 환기실의 가동은 거의 되지 않고 있는 상태이고 이로 인하여 터널 내부는 미세 먼지와 금속 가루 등의 이물질이 축적 되고 있다. 터널 내부에 떠도는 미세먼지와 이물질은 호흡기 및 혈관 등과 관련 있는 심각한 건강상의 문제를 야기시킬 수 있다. 하지만 터널 내부는 매일 몇 분 간격으로 열차가 운행 되어지고 있고, 터널 내부의 청소 또한 거의 불가능한 상황이다. 그리고 터널 내부는 열차가 지나가는 선로를 빼면 매우 협소하여 ...
도시철도는 현재 대도시에서 가장 중요한 이동수단이다. 많은 도시민이 도시철도를 이용하는 만큼 열차 내부와 지하공간의 공기 질은 시민들에게 매우 중요하다. 하지만 관리 및 유지 비용 등의 이유로 터널 내부의 환기실의 가동은 거의 되지 않고 있는 상태이고 이로 인하여 터널 내부는 미세 먼지와 금속 가루 등의 이물질이 축적 되고 있다. 터널 내부에 떠도는 미세먼지와 이물질은 호흡기 및 혈관 등과 관련 있는 심각한 건강상의 문제를 야기시킬 수 있다. 하지만 터널 내부는 매일 몇 분 간격으로 열차가 운행 되어지고 있고, 터널 내부의 청소 또한 거의 불가능한 상황이다. 그리고 터널 내부는 열차가 지나가는 선로를 빼면 매우 협소하여 전기 집진기 등의 시설물을 추가로 설치하기도 매우 힘든 상황이다. 그러므로 터널 내부의 공기 질 개선을 위하여는 열차 풍과 환기실 및 환기시스템 주변의 유동에 대한 이해와 연구가 필요하다. 지금까지 승강장 주변과 열차 내부의 공기 질에 관한 연구는 다수 있었지만 열차가 가장 빠른 속도로 이동하고 터널 내부 공기의 이동이 가장 활발한 터널 내부의 연구에 대해서는 연구가 이루어 지지 않고 있다. 이에 Reynolds-averaged 와 Navier-Stokes equation 등이 포함된 ANSYS CFX V12을 통하여 비정상 상태의 터널 내부 유동해석을 수행하였고 터널 내 환기실 주변의 수치해석과 최적의 환기 시스템 가동을 위한 연구 등을 수행하였다. 이 연구는 터널내부의 초기조건이 대기압상태에서 열차가 정거장에 정지상태에서 가속, 등속, 감속운동 하여 다음 정거장에 정지 할 때까지 발생 시키는 열차 풍으로 환기실 가동을 최소화 하면서 최적의 환기 시스템을 찾는 것이 가장 큰 목적이다. CASE 1에서는 실제로 터널내부를 실제와 같은 크기로 모델링 하고, 열차의 운동을 정지상태에서 가속, 등속, 감속 운동 하게 하였으며, 실제 환기실 덕트의 용량에 맞추어서 해석 하였다. CASE 2는 터널과 열차의 운동은 CASE 1과 변동이 없지만 각 기계 환기실에 두 개씩 있는 덕트 중 한 개만 가동 된다고 가정하고 해석을 하였고, CASE 3은 모든 환기실에 덕트가 존재 하지 않고 자연 환기구의 역할을 수행하는 조건으로 해석 하였다. 터널 내부에서 열차가 운행되는 시간에 작업의 위험 등의 이유로 제약이 너무 많아 많은 검증자료를 구할 수는 없지만 열차가 운행 될 때 시간 별 속도 변화를 비교하면 해석 결과와 큰 차이가 없어 이 연구가 의미가 있는 연구라고 할 수 있다. 해석 결과 두 개의 환기 덕트가 모두 가동 될 때가 가장 높은 효율을 나타내고는 있지만 덕트를 하나만 가동해도 두 개를 가동한것에 비하여 50%이상의 효율을 내기 때문에 유지 및 보수 비용, 전기세 등을 생각 하면 하나만 가동해도 큰 효과를 볼 수 있다. 환기구를 가동하지 않고 모든 환기구를 자연환기구로 만들어도 효과는 볼 수 있지만 터널 내 화재 발생이나 열차 사고 등을 고려하면 열차 풍의 영향이 사라지게 되므로 비상시에 환기시스템으로서 부적절 하다. 이 연구를 이용하여 도시철도 터널 용 집진 및 환기설비 개선, 터널 화재 비상시 안전 제어 시스템으로 활용, 지하터널 내부 열부하 저감 시스템으로의 활용 등 지하공간 뿐 아니라 도로터널의 집진 및 환기 시스템으로의 적용 등 지상의 밀폐공간에서의 활용이 가능하고 신규 지하터널 집진 및 환기 설계에 있어 정성 및 정량적 자료로 활용 될 수 있다.
도시철도는 현재 대도시에서 가장 중요한 이동수단이다. 많은 도시민이 도시철도를 이용하는 만큼 열차 내부와 지하공간의 공기 질은 시민들에게 매우 중요하다. 하지만 관리 및 유지 비용 등의 이유로 터널 내부의 환기실의 가동은 거의 되지 않고 있는 상태이고 이로 인하여 터널 내부는 미세 먼지와 금속 가루 등의 이물질이 축적 되고 있다. 터널 내부에 떠도는 미세먼지와 이물질은 호흡기 및 혈관 등과 관련 있는 심각한 건강상의 문제를 야기시킬 수 있다. 하지만 터널 내부는 매일 몇 분 간격으로 열차가 운행 되어지고 있고, 터널 내부의 청소 또한 거의 불가능한 상황이다. 그리고 터널 내부는 열차가 지나가는 선로를 빼면 매우 협소하여 전기 집진기 등의 시설물을 추가로 설치하기도 매우 힘든 상황이다. 그러므로 터널 내부의 공기 질 개선을 위하여는 열차 풍과 환기실 및 환기시스템 주변의 유동에 대한 이해와 연구가 필요하다. 지금까지 승강장 주변과 열차 내부의 공기 질에 관한 연구는 다수 있었지만 열차가 가장 빠른 속도로 이동하고 터널 내부 공기의 이동이 가장 활발한 터널 내부의 연구에 대해서는 연구가 이루어 지지 않고 있다. 이에 Reynolds-averaged 와 Navier-Stokes equation 등이 포함된 ANSYS CFX V12을 통하여 비정상 상태의 터널 내부 유동해석을 수행하였고 터널 내 환기실 주변의 수치해석과 최적의 환기 시스템 가동을 위한 연구 등을 수행하였다. 이 연구는 터널내부의 초기조건이 대기압상태에서 열차가 정거장에 정지상태에서 가속, 등속, 감속운동 하여 다음 정거장에 정지 할 때까지 발생 시키는 열차 풍으로 환기실 가동을 최소화 하면서 최적의 환기 시스템을 찾는 것이 가장 큰 목적이다. CASE 1에서는 실제로 터널내부를 실제와 같은 크기로 모델링 하고, 열차의 운동을 정지상태에서 가속, 등속, 감속 운동 하게 하였으며, 실제 환기실 덕트의 용량에 맞추어서 해석 하였다. CASE 2는 터널과 열차의 운동은 CASE 1과 변동이 없지만 각 기계 환기실에 두 개씩 있는 덕트 중 한 개만 가동 된다고 가정하고 해석을 하였고, CASE 3은 모든 환기실에 덕트가 존재 하지 않고 자연 환기구의 역할을 수행하는 조건으로 해석 하였다. 터널 내부에서 열차가 운행되는 시간에 작업의 위험 등의 이유로 제약이 너무 많아 많은 검증자료를 구할 수는 없지만 열차가 운행 될 때 시간 별 속도 변화를 비교하면 해석 결과와 큰 차이가 없어 이 연구가 의미가 있는 연구라고 할 수 있다. 해석 결과 두 개의 환기 덕트가 모두 가동 될 때가 가장 높은 효율을 나타내고는 있지만 덕트를 하나만 가동해도 두 개를 가동한것에 비하여 50%이상의 효율을 내기 때문에 유지 및 보수 비용, 전기세 등을 생각 하면 하나만 가동해도 큰 효과를 볼 수 있다. 환기구를 가동하지 않고 모든 환기구를 자연환기구로 만들어도 효과는 볼 수 있지만 터널 내 화재 발생이나 열차 사고 등을 고려하면 열차 풍의 영향이 사라지게 되므로 비상시에 환기시스템으로서 부적절 하다. 이 연구를 이용하여 도시철도 터널 용 집진 및 환기설비 개선, 터널 화재 비상시 안전 제어 시스템으로 활용, 지하터널 내부 열부하 저감 시스템으로의 활용 등 지하공간 뿐 아니라 도로터널의 집진 및 환기 시스템으로의 적용 등 지상의 밀폐공간에서의 활용이 가능하고 신규 지하터널 집진 및 환기 설계에 있어 정성 및 정량적 자료로 활용 될 수 있다.
The numerical analysis is required in the design of ventilation systems of the subway tunnel. Dust particles in subway lead health problems including respiratory, cardiovascular diseases, and asthmatics. Clean air in subway is important to passengers thus the subway tunnel ventilation system needs i...
The numerical analysis is required in the design of ventilation systems of the subway tunnel. Dust particles in subway lead health problems including respiratory, cardiovascular diseases, and asthmatics. Clean air in subway is important to passengers thus the subway tunnel ventilation system needs investigations to understand fluid flow inside tunnel. The computational domain of the existing subway tunnel is divided into solid and fluid domain. The ANSYS CFX software is used to perform unsteady computation of the flow field at the subway tunnel. This study focuses on computational analysis for the improvement of the tunnel ventilation and the environmental control system of the subway by solving Reynolds-averaged and Navier-Stokes equations for train-induced unsteady flow. The computational analysis show the mass flow through the shafts and the tunnel outlets. The mass flow inside the tunnel rises as the train accelerates and decreases rapidly as train completely passes the shafts. The airflow enters into the tunnels through the natural shaft, the tunnel inlets and the mechanical air-supply. The features of the train-wind in the subway tunnel and around the shaft are observed for the optimum design of the ventilation systems. Three cases are investigated by changing boundary conditions for comparative studies. Discharged airflow of the case 1 is higher than other cases. The velocity of the airflow inside of the tunnel and the shafts changes as train passes the shafts. The airflow entering into the tunnel decreases while discharged airflow through the shafts decreases case by case. The remained airflow inside of the tunnel increases. Case 3 shows well balanced airflow in the tunnel. Using both fans of the shafts has the operating expense problem, therefore Case 2 needs more investigations in order to improve ventilation system of the subway tunnels. The computational results are compared with the experimental analyses on the velocity with time, the velocity rises as train accelerates, while it drops as train decelerates. The computational results are in good agreement with experimental results.
The numerical analysis is required in the design of ventilation systems of the subway tunnel. Dust particles in subway lead health problems including respiratory, cardiovascular diseases, and asthmatics. Clean air in subway is important to passengers thus the subway tunnel ventilation system needs investigations to understand fluid flow inside tunnel. The computational domain of the existing subway tunnel is divided into solid and fluid domain. The ANSYS CFX software is used to perform unsteady computation of the flow field at the subway tunnel. This study focuses on computational analysis for the improvement of the tunnel ventilation and the environmental control system of the subway by solving Reynolds-averaged and Navier-Stokes equations for train-induced unsteady flow. The computational analysis show the mass flow through the shafts and the tunnel outlets. The mass flow inside the tunnel rises as the train accelerates and decreases rapidly as train completely passes the shafts. The airflow enters into the tunnels through the natural shaft, the tunnel inlets and the mechanical air-supply. The features of the train-wind in the subway tunnel and around the shaft are observed for the optimum design of the ventilation systems. Three cases are investigated by changing boundary conditions for comparative studies. Discharged airflow of the case 1 is higher than other cases. The velocity of the airflow inside of the tunnel and the shafts changes as train passes the shafts. The airflow entering into the tunnel decreases while discharged airflow through the shafts decreases case by case. The remained airflow inside of the tunnel increases. Case 3 shows well balanced airflow in the tunnel. Using both fans of the shafts has the operating expense problem, therefore Case 2 needs more investigations in order to improve ventilation system of the subway tunnels. The computational results are compared with the experimental analyses on the velocity with time, the velocity rises as train accelerates, while it drops as train decelerates. The computational results are in good agreement with experimental results.
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