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문제 정의
- 본 연구에서는 케이블 화재특성에 미치는 수치해석 조건의 영향을 평가하기 위한 기초적인 연구로써 격자의 해상도와 기하학적 형상의 단순화가 단일 케이블 화재의 발달 특성에 미치는 영향을 정량적으로 파악한다. 이러한 기초 연구를 통하여 케이블 화재 현상을 보다 정확하게 모사하기 위한 수치해석 조건을 설정하는데 기여하고 효율적인 화재모델링을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 케이블 화재특성에 미치는 수치해석 조건의 영향을 평가하기 위한 기초적인 연구로써 격자의 해상도와 기하학적 형상의 단순화가 단일 케이블 화재의 발달 특성에 미치는 영향을 화재전용 수치해석 프로그램인 ros 모델을 이용하여 정량적으로 분석하였으며 수치계산을 통해 얻은 결론은 다음과 같이 요약할 수 있다.
- 파악한다. 이러한 기초 연구를 통하여 케이블 화재 현상을 보다 정확하게 모사하기 위한 수치해석 조건을 설정하는데 기여하고 효율적인 화재모델링을 위한 기초 자료를 제공하고자 한다.
가설 설정
- FDS 모델은 직교정렬격자계를 이용하고 있기 때문에 곡면형상이나 기하학적으로 복잡한 형상을 계단식 격자(stepwise grid)로 가정하여 해석한다. 본연구에서는 케이블의 형상을 사각으로 가정하여 실제 케이블의 형상과는 다소 차이가 발생할 수 있다 이러한 기하학적 형상의 딘순화가 화재발달에 미치는 영향을 파악하기 위히-여 본 연구에서 사용된 사각케이블과 체적이 M.
- 열순환 과정에 의한 고체가연물의 연소율은 5~50g/m2s 정도로 알려져 있고 보통 연소율이 5g/m2s 이하에서는 화염이 전파되지 못하고 소화되는 것으로 알려져 있다8). 본 연구에서는 각 격자에서 연소율이 5g/m2s 이상이 되는 위치에서 화염전파가 이루어지는 것으로 가정하여 화염전파속도를 산정하였다. 일반적으로 PE/PVC 케이블에 대한 화염 선단의 전파속도는 외부유동 조건이 없는 경우 약 Imm/s의 크기 정도를 가지는 것으로 보고되고 있다」。).
- 본 연구에서는 단일 물질에 대하여 일단계 반응을 고려하였으며 고체 가연물은 열해리에 의해 모두 연료증기로 변환되고 수증기나 잔존물은 생성되지 않는 것으로 가정한다. 각 시간 스텝에서의반응율0")은 아래와 같이 단순화된다
- 본연구에서는 케이블의 형상을 사각으로 가정하여 실제 케이블의 형상과는 다소 차이가 발생할 수 있다 이러한 기하학적 형상의 딘순화가 화재발달에 미치는 영향을 파악하기 위히-여 본 연구에서 사용된 사각케이블과 체적이 M.Ocn?으로 동일하며 유효직경이 2.2 cm인 원형케이블을 계단식 격자 가정을 이용하여 비교분석하였다. Fig.
- 전체 해석공간은 케이블의 중앙 면에 대하여 대칭으로 가정하였으며 대칭면을 제외한 나머지 면은 외기에 개방된 것으로 가정하였다. 가열표면에서 방출되는 열유속은 200kW/m2이며 크기는 폭 2cm 높이 4cm로써 케이블에서 1cm 떨어진 곳에 위치한다.
- 1에서 보는 바와 같이 길이 20cm, 폭 4cm, 높이 12cm의 공간 내에 유효직경이 2cm인 케이블을 따라 복사가열체에 의한 점화에서부터 화염전파과정을 분석하였다. 케이블의 내부 도선의 물성은 구리로 가정하였으며 외부 피복재료는 폴리에틸렌으로 가정하였다. 수치해석에 적용된 물성은 Table 1 과 같다.
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