선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 관한 연구를 실시한다. 또한 본 실험을 통해 얻어진 결과와 FDS(Fire Dynamics Simulator) 수치해석의 결과를 바탕으로 터널 내 화재에 대한 최적의 연기제어 조건의 제시 및 제연성능에 대한 메커니즘을 도출함으로서 화재발생에 따른 터널 내 제연설비의 안전을 고려한 설계에 필요한 자료를 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 화재 발생 시 Jet fan에 의한 연기이동 현상에 대해 상사법칙에 의한 축소모형을 제작하여PIV(Particle Image Velocimetry)를 이용한 가시화 실험을 통해 Jet fan 근접 거리에서 화재 발생 시 연기제어에 관한 연구를 실시한다. 또한 본 실험을 통해 얻어진 결과와 FDS(Fire Dynamics Simulator) 수치해석의 결과를 바탕으로 터널 내 화재에 대한 최적의 연기제어 조건의 제시 및 제연성능에 대한 메커니즘을 도출함으로서 화재발생에 따른 터널 내 제연설비의 안전을 고려한 설계에 필요한 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 다음은 Jet fan에 의한 임계풍속 공급 시 이격거리에 따른 연기의 유동변화에 대해 수치해석을 실시하였다.
- 상태의 분석을 실시하였다. 또한 Table 2에 제시한 경계조건별로 Jet fan의 토출유속을 변동시키며 (15m/s~30m/s) 연기농도와 온도에 관한 수치해석을 실시하였다.
- 먼저 수치해석에 의한 임계풍속을 결정하기 위하여 터널 입구에서 터널 전체 단면에 균일 풍속을 공급 하였다. 최초 풍속은 Kennedy 식을 기준으로 하여 4.
- 본 연구에서는 식 (2)와 식 (3)을 이용하여 터널 및 화원에 대한 축소법칙을 적용하여 모형터널 실험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 화재의 경향을 정상상태로 분석하기 위해 동일한 환경으로 500초 동안 수치해석을 실시하였으며 화재와 Jet fan으로 인한 터널내부의 유동이 일정한 상태의 분석을 실시하였다. 또한 Table 2에 제시한 경계조건별로 Jet fan의 토출유속을 변동시키며 (15m/s~30m/s) 연기농도와 온도에 관한 수치해석을 실시하였다.
- 최초 풍속은 Kennedy 식을 기준으로 하여 4.5 MW의 임 계풍속인 1.35 m/s를 공급 하였으며 -20%~ +40%의 풍속변화를 통하여 임 계풍속을 결정하였다. 수치해석 결과로서 임계풍속은 Kennedy 식에서 계산된 1.
- 터널 내 화재발생 시 Jet fan 설치에 따른 효율적인 연기제어 방식의 정량적 데이터를 얻기 위해 PIV를 이용한 축소모형 실험 및 FDS를 이용한 수치해석을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 67로 적용하였다. 터널의 양측면은 Open Vent 로 설정하였으며 터널내부의 초기 기류속도는 0m/s로 설정하였다.
- 화재 발생 지점과 Jet fan과의 거리가 충분히 이격 되어있어 터널단면 전체에 유량이 일정하게 공급되는 상태를 모■사하기 위하여 원심 죽류팬과 허니컴 (honeycomb)을 이용하여 터널 단면 전체에 균일한 풍속을 공급하였다. 풍속은 먼저 Kennedy 식⑶에 의해 계산된 임계풍속 값을 기준으로 실험을 실시하였으며, 이 후 축류팬의 회전 속도를 조절하여 -30%~30%의 값으로 바꾸어가며 실험을 실시하였다. 실험 결과,Kennedy 식에 의해 계산된 임계풍속 값 0.
- 이 획득한 사진을 휘도(b)로 변환시킨 후 다시 휘도와 농도의 상관관계에 따라 등농도선으로 변환(①시켰으며 300장의 사진을 PIV로 해석하여 연기의 유동을 벡터로 나타내었다. 화재 발생 지점과 Jet fan과의 거리가 충분히 이격 되어있어 터널단면 전체에 유량이 일정하게 공급되는 상태를 모■사하기 위하여 원심 죽류팬과 허니컴 (honeycomb)을 이용하여 터널 단면 전체에 균일한 풍속을 공급하였다. 풍속은 먼저 Kennedy 식⑶에 의해 계산된 임계풍속 값을 기준으로 실험을 실시하였으며, 이 후 축류팬의 회전 속도를 조절하여 -30%~30%의 값으로 바꾸어가며 실험을 실시하였다.
- 0 m(Lf:10m~100 m)까지 위 치를 이 동할수 있도록 설치하였다. 화재발생 지점에서의 평균 유속은 PIV로 측정하였으며, Jet fan에서의 출구 풍속은 열선 풍속계를 이용하여 측정 및 검증하였다.
대상 데이터
- Fig. 3의 (a)는 CCD 카메라에 의해 실제 촬영된 화상이며 정상상태에 도달한 후 1/30초당 1장씩 총 300장을 획득하였다. 이 획득한 사진을 휘도(b)로 변환시킨 후 다시 휘도와 농도의 상관관계에 따라 등농도선으로 변환(①시켰으며 300장의 사진을 PIV로 해석하여 연기의 유동을 벡터로 나타내었다.
- 본 수치해석에서 적용된 실험 조건은 외부의 영향을 고려하지 않기 위해서 터널의 길이를 총 500m로 설계하였으며 터널의 폭과 높이는 축소모형의 실제 터널 제원과 동일한 조건인 8 mX 8 m을 적용하였다. 화재의크기는 PIARC에서 제시하는 Passenger Car의 4, 480 kW의 발열량으로 설정하였으며 화원의 크기는 2mX5m 로 설정 하였다.
- 본 실험에 사용된 모형 터널은 폭 8 m, 높이 8 m, 길이 180in 크기의 실물 터널을 길이에 대해 1/20으로축소시켰으며 , 열방출율은 PIARC(Pennanent International Association of Road Congress) 보고서에서 제공하는 터널 내 화재 시나리오 중 Passenger car에 대한 발열량인 4, 480 kW를 적용하여 축소법칙으로 환산하여 2.50 kW를 실험에 적용하였다.7)축소법칙에 의해 산출된 실험의 제원을 Table 1에 나타내었다.
- 본 실험에서 가시화를 위해 사용한 광원은 5W, 514.5 nm의 Ai'-ion 레이저 이며 연기 발생장치 (Smoke generator)를 이용하여 유동 파라핀 오일을 가열 시켜 연기를 생성하였다. 연기의 유량 또한 PIARC 에서 제시한 20m3/s에 대해 Froude 상사 법칙을 적용시켜 약 0.
- 본 실험에서는 화재 시 Jet fan의 유량 공급에 의한 비 균일 단면 임계풍속을 적용하였다. 실험에서 터널 내부에 풍속을 공급하기 위한 Jet fan은 출구 단면이 약 0.
- 단면 임계풍속을 적용하였다. 실험에서 터널 내부에 풍속을 공급하기 위한 Jet fan은 출구 단면이 약 0.05 mX0.05 m의 크기 인 정사각형 모양의 팬을 사용하였다. Jet fan의 대수는 1대이고 위치는 터널상단 중앙선에 일치시켰으며 화재 발생 지점으로부터 수평방향으로 0.
- 터널내부의 Jet fan은 1 mX5 mX 1 m의 크기로 설정하였고 터널 출구로부터 140m 지점에 설치하였다. 해석에 사용된 격자수는 약 260, 000(16X 1000 X16)&9)이며 격자 형태는 unifomi 방식으로 설정하였다. 또한 NFPA502i°)에서 제시하는 한계 가시거리 와이에 따른 감광계수를 적용하기 위해 SFPE4⑵에서의 감광 계수에 따른 가시거리에 관한 관계식으로 가시화요소를 2.
- 동일한 조건인 8 mX 8 m을 적용하였다. 화재의크기는 PIARC에서 제시하는 Passenger Car의 4, 480 kW의 발열량으로 설정하였으며 화원의 크기는 2mX5m 로 설정 하였다. 터널내부의 Jet fan은 1 mX5 mX 1 m의 크기로 설정하였고 터널 출구로부터 140m 지점에 설치하였다.
이론/모형
- 5 nm의 Ai'-ion 레이저 이며 연기 발생장치 (Smoke generator)를 이용하여 유동 파라핀 오일을 가열 시켜 연기를 생성하였다. 연기의 유량 또한 PIARC 에서 제시한 20m3/s에 대해 Froude 상사 법칙을 적용시켜 약 0.011 rF/s로 공급하였다. Fig.
- 터널 내부의 화재 현상 및 열적 유동의 수치해석은 미국 NIST(National Institute of Standards and Tech- nology)에서 개발한 CFD 프로그램인 FDS ver 4.07을 사용하였다.
성능/효과
- (3) 터널내의 위치별 속도는 140 m 지점인 Jet fan 위치에서 급격한 속도 상승 후 점점 속도가 하락하며 화재지점에 근접하면 속도가 크게 감소하여 최저 속도로 나타났다. 이후 일정한 속도로 터널 끝지점까지 유지가 되는 것으로 나타났다.
- (4) 임계풍속 측정결과 실험에서는 1.216m/s일 경우 임계풍속이 결정되었으며, 수치해석의 경우 1.62 m /s에서 임계풍속이 결정되어 약 30% 정도 차이가 발생하였다. 그러나 연기 유동은 유사한 경향이 나타내어 근접 거리의 Jet fan 작동은 화원과 25m 이상의 거리에서만 작동해야 함을 알 수 있다.
- 140 m 지점인 Jet Fan 위치에서 급격한 속도 상승 후 점점 속도가 하락하며 화재지점에 근접하면 속도가 크게 감소하여 최저속도로 나타났다. 이후 일정한 속도로 터널 끝지점까지 유지가 되는 것으로 나타났다.
- 0 m(Lf: 100 m)에서는 균일풍속과 거의 동일한 결과를 나타내었다. 가장 이상적인 임계풍속 산정을 위한 Jet fan의 화원과의 거리는 2.5 m(Lf:50 m) 부근에서 결정 되는 것으로 나타났다.
- 그러나 20m 를 제외한 25m~100m에서의 제연은 일정한 풍속 이상에서 임계풍속이 결정되었다. 따라서 Jet fan 근접 거리에서의 화재시 25 m 이상의 거리에서 제연을 하여야 하며 더 짧은 거리에서의 제연시 Jet fan 주기류의영향을 받아 터널 천장근처 벽면의 양측면에서의 연기는 주기류의 진행방향으로 이동하지 않고 오히려 터널 하류 방향으로 끌려 내려가는 현상이 발생하는데 이는 Jet fan 줄구풍속이 주위의 유속 보다 매우 빠르기 때문에 나타나는 현상으로 터널 중앙부에는 Jet fan에 의해 빠른 유동이 발생하고 이 유동에 영향을 받아 터널양단부에는 발생하는 와류(Secondary flow)로 인한 인명피해가 발생할 가능성이 있음을 알 수 있다. 또한 Table 3에서 나타난 바와 같이 화원과의 거리가 짧을수록 연기 상증부의 집중 제연을 통해 토줄임계풍속은 줄어드는 경향이 있으며 75m 이상의 거리에서는 토출된 공기의 유동이 완전발달영역에 가까워지기 때문에 일정하게 되는 것으로 나타났다.
- 35 m/s를 공급 하였으며 -20%~ +40%의 풍속변화를 통하여 임 계풍속을 결정하였다. 수치해석 결과로서 임계풍속은 Kennedy 식에서 계산된 1.35 m/s 보다 약 20% 증가한 1.62 m/s로 결정 되 었.다.
- 풍속은 먼저 Kennedy 식⑶에 의해 계산된 임계풍속 값을 기준으로 실험을 실시하였으며, 이 후 축류팬의 회전 속도를 조절하여 -30%~30%의 값으로 바꾸어가며 실험을 실시하였다. 실험 결과,Kennedy 식에 의해 계산된 임계풍속 값 0.302m/s(Vf= 1.353 m/s)의 -10%인 0.272m/s(Vf=1.216m/s)를 적용시 연기가 안전하게 제어되어 임계풍속 값이 결정되었다. 이 때 미국 NFPA502에 명시된 안전한계 대피 연기 농도인 39.
- 다. 실험과 비교하면 약 30%의 차이를 보였으며, 이러한 차이는 실험 시 발생하는 열손실에 대한 고려를 하지않았으며 축소 모형실험에서 상사법칙에 대한 오차의 원인으로 판단된다. Fig.
- 216m/s)를 적용시 연기가 안전하게 제어되어 임계풍속 값이 결정되었다. 이 때 미국 NFPA502에 명시된 안전한계 대피 연기 농도인 39.5 mg/m3^ 농도와 휘 도의 상관관계 ⑷를이용하여 도출 하였으며 투과율 약 74%, 휘도 90.3일 때 결정되어 안전하게 제어가 됨을 알 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.