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도로터널 화재시 차량의 항력계수가 제연용 제연팬에 미치는 영향에 대한 해석적 연구
A numerical study on effects of drag coefficient of vehicle on jet fans in case of fire in road tunnels 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.16 no.6, 2014년, pp.553 - 560  

유용호 (한국건설기술연구원) ,  유지오 (신한대학교 자동차공학과) ,  김효규 ((주)주성지앤비)

초록
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도로터널에서는 환기 및 제연을 목적으로 제연펜을 설치하고 있다. 제연펜 용량(제트팬 댓수)은 환기저항 및 승압력이 평형이 되는 상태에서 결정되게 된다. 터널에 운행중이거나 정지된 차량에 의한 승압력 및 저항력은 차량의 항력계수에 영향을 받게 된다. 터널에서의 항력계수는 슬립스트림 효과(또는 shadow effect)와 폐색효과에 영향을 받게 되며, 환기팬 및 제연팬 산정시 이와 같은 효과를 적절히 고려하지 못하고 있는 실정으로 교통 환기력를 과대평가하고 있다. 이에 본 연구에서는 화재시 차량의 차간간격을 반영한 항력계수와 등가저항면적을 산정하기 위해서 터널에 실제로 차량이 정차하는 조건으로 모델링하여 수치해석을 통해 항력계수를 검토하였다. 본 연구 결과, 항력계수에 대형차량 혼입률이 미치는 영향은 명확하지 않으며, 등가저항면적은 현행 도로설계편람기준에 대비 약 86%, 또 구 기준인 한국도로공사 환기설계기준 대비 62.2%수준으로 감소하는 것으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The road tunnel install a vent for the purpose of ventilation and smoke control. Ventilation equipment capacity(number of jet fans) depends on from the condition that of the pressure and ventilation resistance. Pressure and the resistance under operating vehicle have affected on the drag coefficient...

주제어

#항력계수   #폐색효과   #등가저항면적   #도로터널 화재  

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

문제 정의

  • 본 연구에서는 항력계수 계산결과를 현행 설계기준과 비교하였다.
  • 본 연구에서는 화재로 인하여 터널에 차량이 정지하는 경우, 차간간격의 감소로 인한 차량항력의 감소를 검토하기 위하여 단면적 75 m2, 연장 500 m의 터널에 약 400 m구간에 혼입률별로 차량의 배치한 후에 터널내 풍속을 2.5 m/s로 하여 수치해석에 의해서 차량의 항력계수를 검토하였다.
  • 본 연구에서는 화재시 실제와 같이 차량이 배치된 상태에서 차종별 항력계수 검토하기 위하여 선행연구로 모델차량을 최대한 실제형상과 근접하게 모델링하여 터널내 풍속변화에 따른 차량의 항력계수를 검토하였다.
  • 이에 본 연구에서는 터널 화재시 제연팬 산정을 위한 항력계수를 제시하는 것을 목표로 화재시 폐색효과 및 슬립스트리밍 효과가 반영될 수 있도록 실제상황과 같이 차량을 배치하고 수치해석 및 시뮬레이션을 통해서 항력계수를 검토하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제연펜 용량은 어떤 상태에서 결정되는가? 도로터널에서는 환기 및 제연을 목적으로 제연펜을 설치하고 있다. 제연펜 용량(제트팬 댓수)은 환기저항 및 승압력이 평형이 되는 상태에서 결정되게 된다. 터널에 운행중이거나 정지된 차량에 의한 승압력 및 저항력은 차량의 항력계수에 영향을 받게 된다.
화재 시에 발생하는, 환기를 방해하는 저항력은 무엇의 영향을 받는가? 터널내 차량은 평상시에는 교통환기력에 의해서환기를 위한 승압력을 발생시키며, 화재시에는 차량이 정차한 상태이기 때문에 환기를 방해하는 저항력을 발생시킨다. 차량에 의한 교통환기력 및 저항력은 차량의 항력(drag force)계수에 영향을 받는다.
터널에서 차량의 항력은 무엇에 의해 증가하게 되는가? 터널에서 차량의 항력은 개방된 대기중에서 보다 차량에 의한 폐색효과(blockage effect) (J.S Wyler., 1974)에 의해 항력이 증가하게 하게 된다. 또한 터널내 화재상황에서는 차량이 정체되거나 정지하게 되어 선행하는 차량의 차간거리가 더 짧아지기 때문에 후류의 영향으로 차량 1대가 받는 항력보다 작은 항력이 작용하게 되는데 이를 슬립스트리밍 효과(slip streaming effect or shadow effect) (Marco Welse et al.
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참고문헌 (11)

  1. Gelerum, A., Swart, L. (1991), "Ventilation of road tunnels", KIVI, Dutch Ministry of Transport, Public Works and Water Management. 

  2. Japan Highway Public Corporation (1996), "Road tunnel technical standards", Japan. 

  3. Japan Highway Public Corporation (1997), "Design guidelines.", pp. 55-70. 

  4. Korea High Way Corporation (2002), "Highway tunnel ventilation design standards" Korea. 

  5. Marco Welse, Martin Schober, Alexander Orellano, (2006), "Slipstream velocities induced by trains.", Proceedings of the 4th WSEAS International Conference on Fluid Mechanics and Aerodynamics pp. 26-28. 

  6. Ministry of Land (2012), "Road design manual", Korea. 

  7. Ministry of Land (2013), "Road capacity handbook", Korea. 

  8. Ohashi, H. (2006), "Longitudinal diffusion by passing vehicles in road tunnels correlation equation on longitudinal diffusion coef", 12th International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels. 

  9. PIARC (1995), Technical committee report on road tunnels, "Vehicle emissions, air demand, environment, longitudinal ventilation", XXth World Road Congress. 

  10. Shinhan University (2007), "Neung-dong tunnel experimental production model and numerical simulation report" Korea. 

  11. Wyler, J.S. (1974), "Probe blockage effects in free jets and closed tunnels", J. Eng. Gas Turbines Power, Vol. 94, No. 4, pp. 509-514. 

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