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문제 정의
- 것이 매우 어렵게 된다. 본 연구에서는 화원주변에 K-type 열전대들을 설치하여 화염의 온도를 기준으로 소화여부를 판단하였다. 이와는 별도로 화원 근처까지 화재를 관찰하기 위한 관측용 파이프를 설치하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 IMO MSC/circ. 1165 규정에 따라 미 분무수를 이용한 선박 기관구역(20mX15mX10mT) 서의 실물화재 소화실험을 수행하고, 미분무수 소화시스템의 대공간 화재진압능력을 검증하였다. 미분무수 의 화재진압 특성을 수치적으로 예측하기 위하여 FDS(Fire Dynamic Simulator)-®- 사용하여 실험과 같은 조건에서의 전산시뮬레이션을 수행하였다.
- 본 연구에서는 IMO MSC/circ. 1165 규정에 따라 미분 무수를 이용한 선박 기관구역(20 mX 15 mX 10 m)에서의 실물화재 소화실험을 수행하고, 미분무수의 화재진압 특성을 수치적으로 예측하기 위하여 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 실험과 같은 조건에서의 전산시뮬레이션을 수행하였다.
- 선박의 기관실에 적용되는 전역방출 미분무수 소화 시스템을 개발하기 위해 IMO MSC/circ. 1165 규정에 의거하여 실물화재 진압실험을 수행하였다.
- 않아야 한다. 공간 내 온도측정은 Fig. 1의 열전대 tree #1과 #2에서 이루어지며, 각 tree에는 높이 0.50, 2.75, 5.00, 7.25, 9.50m 위치에 열전대가 설치되어 온도를 측정한다. 온도 측정시 미분무수 입자의 직접냉각에 의한 효과를 제거하기 위하여 미분무수가 열전대에 직접 도달하지 못하도록 열전대를 차폐하였다.
- 본 논문에서는 화재규모가 상대적으로 큰 소화시험화재 시나리오 #5와 시스템 개발의 가장 중요한 요소인 thermal management test에 대하여 실험과 전산해석 결과를 비교하였다.
- 높이 10 m의 선박 기관실을 모형화한 밀폐공간으로 시험공간의 크기는 3, 000n?이다. 시험공간에는 화재 시 선박 기관실의 열린 문을 통한 공기의 공급을 고려하여 2mX 2 m의 개구부를 두었다. 시험장 중앙에 선박엔진의 mockup을 IMO 규정에 따라 제작 설치하였다.
- 실물화재 실험과 같은 조건에서 전산수치해석을 통하여 실물화재 진압 성능 및 thermal management 여부를 해석하고 실험과 비교하였다.
- 50m 위치에 열전대가 설치되어 온도를 측정한다. 온도 측정시 미분무수 입자의 직접냉각에 의한 효과를 제거하기 위하여 미분무수가 열전대에 직접 도달하지 못하도록 열전대를 차폐하였다.
대상 데이터
- Thennal management 시험 시에는 0.5 mm 이하 열전대를 사용하도록 규정되어 있는데 본 실험에서는 0.3mm K-type 열전대를 사용하였다. 이외에 연료 분사압력 및 미분무수 분사압력 측정을 위한 압력계를 설치하였으며, 계측된 온도, 농도 및 압력 자료들은 PC 에서 실시간으로 모니터링 되면서 기록 장치에 저장된다.
- 계산 격자는 가로 100, 세로 75, 높이 50개로 종 375, 000개로 구성하였다.
- 화재시나리오를 적용하였다. 소화성능 simulation 과정 중에 반드시 필요한 노즐 입력자료는 분무특성계측7)에서 얻어진 결과를 활용하였다. 대표적인 입력자료는 입경분포 및 노즐 분사각, 미분무수입자의 유속이다.
- 시험장 중앙에 선박엔진의 mockup을 IMO 규정에 따라 제작 설치하였다. 실물화재 소화 시험에 사용된 미분무수 노즐은 (주)WIN에서 개발된 노즐a로, 천장부에 A type(hollow cone 형식, k- factor = 2.4, 6.6 mX6.6 m Grid, total 9개) 노즐을, 개구부의 공기유동 차단(doorway protection)을 위해 B type (solid cone type, k-factor = 0.103, 3개)노즐을 사용하였다. 미분무수 분사 압력은 80 bar로 천장부에 설치된노즐의 총 미분무수 방출 유량은 212umin이다.
- 실험공간(Fig. 1)은 가로 20 m, 세로 15 m. 높이 10 m의 선박 기관실을 모형화한 밀폐공간으로 시험공간의 크기는 3, 000n?이다.
이론/모형
- 0W)을 사용하였다. FDS 프로그램은 난류모델은 LES(Large Eddy Simulation) 모델을 그리고 연소모델은 혼합분율연소(mixture fraction combustion)모델을 사용하며, 복사열전달을 고려하여 연소 유 동장을 해석한다. 미분무수의 거동은 Lagrangian 방법을 사용하여 해석되며, 미분무수와 화재와의 상호작용은 주로 미분무수의 증발에 의한 주변온도 냉각, 화원면에 도달한 미분무수에 의한 화원 면 냉각, 미분 무수의 증발에 의한 산소희석, 그리고 기화된 수증기의 복사차단 효과를 통해 이루어진다.
- 노즐의 소화특성 예측에 있어 이용된 수치해석 코드는 미국의 NIST(National Institute of Standard and Technology)에서 개발한 FDS V.4.0W)을 사용하였다. FDS 프로그램은 난류모델은 LES(Large Eddy Simulation) 모델을 그리고 연소모델은 혼합분율연소(mixture fraction combustion)모델을 사용하며, 복사열전달을 고려하여 연소 유 동장을 해석한다.
- 이용한 선박 기관구역(20 mX 15 mX 10 m)에서의 실물화재 소화실험을 수행하고, 미분무수의 화재진압 특성을 수치적으로 예측하기 위하여 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 실험과 같은 조건에서의 전산시뮬레이션을 수행하였다.
성능/효과
- 7은 공간 내의 온도 분포 결과를 보여준다. 실험 결과인 Fig. 5와 비교해보면 시간에 따른 온도 상승, 높이에 따른 온도 값, 최고온도 측면에서 모두 실험결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 이러한 결과는 화원 발열량이 적절히 모사된다면 FDS에 의한 전산해석이 화염 대주 변이 아닌 공간에서의 온도분포 예측에 활용될 수 있음을 보여주고 있으며, 기존연구에서도 입증된바 있다.
후속연구
- 1165 규정에서 개발의 가장 큰 제한 요소가 되는 공간 내 온도분포 제어 성능의 예측을 위해서 전산시뮬레이션 기법이 활용될 수 있음을 보였다. 따라서 긴 개발시간과 막대한 비용이 소요되는 대공간 미분무수 실물화재 성능평가의 개발시간 단축 및 비용 의 절감을 위해 전산수치해석 방법이 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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