[논문]미분무수 소화 노즐의 분무 특성 예측을 위한 CFD기법의 적용

정희택; 이창효; 최병일; 한용식; 옥영욱

[국내논문] 미분무수 소화 노즐의 분무 특성 예측을 위한 CFD기법의 적용
APPLICATION OF CFD TECHNIQUE TO PERFORMANCE PREDICTION OF SPRAY CHARACTERISTICS OF WATER-MIST FIRE SUPPRESSION NOZZLES 원문보기

한국전산유체공학회지 = Journal of computational fluids engineering, v.11 no.4 = no.35, 2006년, pp.56 - 61

정희택 (경상대학교 기계항공공학부) , 이창효 (경상대학교 대학원 기계공학과) , 최병일 (한국기계연구원 에너지기계연구센터) , 한용식 (한국기계연구원 에너지기계연구센터) , 옥영욱 ((주)윈 부설연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Numerical simulation has been performed to investigate the characteristics of the mist flow through the fire suppression nozzles. The commercial CFD software, FLUENT with the proper modeling was applied for analyzing both the internal and external flow of the spray nozzles. Computations were made for the full cone nozzle in the operation range of the low pressure and high flow-rate. To validate the present computational procedure, numerical results are compared with measurements in terms of K-factor, SMD, axial spray velocity and spray angles. Numerical results suggested that the present numerical model can be used as an adequate tool for a design purpose of mist-spray nozzles.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 CFD기법을 이용하여 미분무수 노즐의 유체역학적 성능 특성을 예측하고 설계 과정에 적용하고자 한다. 범용 열유동 해석 소프트웨어인 FLUENT[6]를 선정하여 전용해석 시스템을 구성하고, 이를 설계된 노즐과 분무 시스템에 적용하여 기법의 타당성을 검정하였다.
본 연구에서는 이와 같은 유동장 해석을 위해서 범용 유동해석 프로그램인 FLUENT[6]를 선정하여 노즐의 분무 유동 특성에 맞게 해석 절차를 개발하였다. 분무 유동장의 해석을 위해서 이상유동 모델(Discrete Phase Model, DPM)을 사용하였다[7, 8].

제안 방법

범용 열 유동 해석 소프트웨어인 FLUENT를 선정하여, 분무 시스템의 유동장 특성에 적합하게 전처리 모듈, 유동장 해석, 후처리 모듈 등 전용 사용법을 개발하여 설계된 도면과 운전 조건 하에서 성능 특성이 분석되도록 해석절차를 구성하였다.
한다. 범용 열유동 해석 소프트웨어인 FLUENT[6]를 선정하여 전용해석 시스템을 구성하고, 이를 설계된 노즐과 분무 시스템에 적용하여 기법의 타당성을 검정하였다.
본 연구에서는 이러한 Film의 각도를 초기 분사각도로 정의하고 구간2의 이상유동장 해석 (3.3절)의 초기값으로 산출하였다. Fig.
위의 해석 절차에 따라, 기존에 설계된 노즐에 적용하여 K-factor 등의 노즐 성능 특성과 분사각, 입자 직경 분포, 분무의 분사 속도 등 미분무수 유동장의 주요 특성을 실험 결과와 비교하여 기법의 타당성을 검정하였다.

대상 데이터

2구간의 분무 유동장에는 가로 3m, 세로 3m, 높이 2m의 해석 공간을 설정하고, 가로 90개, 세로, 90개 높이 70개 등총격자 567000개의 정렬형 격자를 구성하였다. Fig.
①은 노즐의 입구 부분이며, ②는 Swirl< 발생시키는 구간인 스월러이며, ③은 노즐의 출구, 즉 노즐 분사구이다. 계산격자는 Fig. 4와 같이 비정렬 격자를 약 30만개로 구성하였다.
다상유동모델인 VOF를 이용하면 초기 분무 각도를 직접 산출할 수 있다[9]. 노즐 내부의스월러 출구부터 노즐 외부의 축길이 z=0.5 mm 부근까지를 해석공간으로 설정하였다. 스월러 출구인 입력부에서는 3.
본 연구에서 적용된 대상은 Pressure-swirl 노즐卩이로 스월러(Swirl er)가 내장된 스월러 분사형이다. 작동 범위는 lObar 내외의 중 .

이론/모형

3차원 비정상 유동장의 지배 방정식은 다음과 같이 미분 면적 以와 함께 임의의 검사체적 卩에 대한 Cartesian 적분 형태의 Navier-Stokes 방정식으로 표현된다.
설계된 도면을 이용하여 유동장 해석을 위한 계산격자점을 구성하는 전처리 과정, FLUENT에 의한 내부 유동장의 해석 과정, 성능곡선, 분무 특성 등 주요 결과의 분석을 위한 후처리 과정 등이다. 계산 격자점 생성은 Gambit V2.2를 사용하였고, 유동장의 해석은 범용 열유동 해석 코드인 FLUENT V6.2를 사용하였다.
万는 체적력과 에너지 소스항을 포함한다. 난류모델로는 표준 k—e 모델을 채택하였다.
미분무수계 소화시스템의 핵심 부품인 분무 노즐의 기본설계 기술을 확립하기 위해서 CFD기법을 적용하였다. 범용 열 유동 해석 소프트웨어인 FLUENT를 선정하여, 분무 시스템의 유동장 특성에 적합하게 전처리 모듈, 유동장 해석, 후처리 모듈 등 전용 사용법을 개발하여 설계된 도면과 운전 조건 하에서 성능 특성이 분석되도록 해석절차를 구성하였다.
맞게 해석 절차를 개발하였다. 분무 유동장의 해석을 위해서 이상유동 모델(Discrete Phase Model, DPM)을 사용하였다[7, 8]. 이상유동장인 2구간의 입구조건을 설정하기 위해서 비압축성 유동장으로 가정한 1구간의 결과에 분무노즐의 이상 유동에 적합한 수정 입력 조건을 산출하기 위하여 다 상 유동 모델인 Volume of Fluid Model(VOF)을 사용하였다[9]
분무 유동장의 해석을 위해서 이상유동 모델(Discrete Phase Model, DPM)을 사용하였다[7, 8]. 이상유동장인 2구간의 입구조건을 설정하기 위해서 비압축성 유동장으로 가정한 1구간의 결과에 분무노즐의 이상 유동에 적합한 수정 입력 조건을 산출하기 위하여 다 상 유동 모델인 Volume of Fluid Model(VOF)을 사용하였다[9]

성능/효과

알 수 있다. 즉, 본 전산기법은 노즐의 성능 예측에 유용함을 알 수 있고 설계의 초기단계에 적용하여 제품 개발의 효율성을 증가할 수 있다.

후속연구

본 연구에서 개발된 전산시스템은 미분무수 노즐의 주요 설계 변수에 대한 성능과 분무 특성을 예측하여 설계 과정을 개선하는 도구로 유용할 것으로 사료된다.

참고문헌 (12)

김명배, 2000, "미분무수 소화설비의 기술동향 및 NFPA 750의 소개," 화재.소방학회지, 제1권, 제2호, pp.2-5.

원문보기 상세보기
김성찬 외, 2003, "물분무노즐의 분사각이 화재실 내부의 온도장에 미치는 영향," 대한기계학회 춘계학술대회 논문집, pp.1703-1708.
김호영 외, 2004, "분무수 분무특성이 액체연로 Pool 화염의 소화에 미치는 영향," 대한기계학회논문집 B권, 제28권, 제12호, pp.1591-1599.
NIST, 2000, "Fire Dynamic Simulator, Technical Reference Guide," NIST, U.S.A.
Goeoff Tanner and Keith F. Knasiak, 2003, "Spray Characterization of Typical Fire Suppression Nozzles," 3rd Int. Water Mist Conf., Madrid.
FLUENT Inc., 2001, "Fluent 6 User's Guide," Fluent Inc. Lebanon.
Morsi, S. A. and Alexander, A. J., 1972, "An Investigation of Particle Trajectories in Two-Phase Flow Systems," J. Fluid Mech., Vol.55(part2), pp.193-208.

상세보기
Haider, A. and Levenspiel, O., 1989, "Drag Coefficient and Terminal Velocity of Spherical and Non-spherical Particles," Powder Technology, Vol.58, pp.63-70.

상세보기
Hirt C.W. and Nichols B. D., 1981, "Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries," J. Comput. Phys., 39: pp.201-225.

상세보기
Lefebvre, A., 1989, "Atomization and Sprays," Hemisphere Pub.
Schmidt D. P., Nouar I., Senecal P. K., Rutland C. J., Martin J, K, and Reitz R. D., 1999, "Pressure-Swirl Atomization in the Near Filed," SAE Paper, 01-0496.
김종진 외, 2005, "선박용 첨단 수계 소화시스템 개발," 지역산업기술개발사업 1차년도 보고서.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 미분무수 소화 노즐의 분무 특성 예측을 위한 CFD기법의 적용
APPLICATION OF CFD TECHNIQUE TO PERFORMANCE PREDICTION OF SPRAY CHARACTERISTICS OF WATER-MIST FIRE SUPPRESSION NOZZLES 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 미분무수 소화 노즐의 분무 특성 예측을 위한 CFD기법의 적용 APPLICATION OF CFD TECHNIQUE TO PERFORMANCE PREDICTION OF SPRAY CHARACTERISTICS OF WATER-MIST FIRE SUPPRESSION NOZZLES 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (12)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정희택 (40) 최병일 (59) 한용식 (67)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 미분무수 소화 노즐의 분무 특성 예측을 위한 CFD기법의 적용
APPLICATION OF CFD TECHNIQUE TO PERFORMANCE PREDICTION OF SPRAY CHARACTERISTICS OF WATER-MIST FIRE SUPPRESSION NOZZLES 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper