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선박의 종경사 및 횡경사 변화가 화재 확산에 미치는 영향 예측
Prediction of the Effects of the Ship's Heel and Trim Conditions on the Fire Development Characteristics 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.42 no.4, 2018년, pp.283 - 290  

김별 (한국해양대학교 대학원) ,  황광일 (한국해양대학교 기계공학부)

초록
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선박사고는 환경적인 요인으로 인해 경사가 항상 존재한다. 선박의 경사는 선내 재실자의 피난 이동속도뿐만 아니라 선내 화재성장에도 영향을 미치기 때문에 화재해석 시 경사조건을 고려하여 위험분석을 할 필요가 있다. 이에 이 연구에서는 FLUENT를 이용하여 선박의 횡경사와 종경사 변화에 따라 산정된 온도결과 값에 의해 화재에 미치는 영향을 분석하였다. 화원의 위치를 기준으로 횡경사가 $-10^{\circ}$일 때 37초, 종경사는 $-10^{\circ}$일 때 36초 이내에 피난을 해야 하는 반면, 횡경사가 $+10^{\circ}$, 종경사가 $+10^{\circ}$인 경우 피난에 영향을 미치지 않을 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로, 선박화재 시 화재발생위치를 기준으로 횡경사와 종경사를 고려하여 피난유도 및 대책을 마련해야함을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to the environmental factors of the sea, ship accidents always contain an inclination angle. The change in the ship affects not only the evacuation speed of passengers but also the fire growth in the ship. For this reason, when analyzing the fire, it is necessary to analyze the risks by consider...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 이 연구에서는 여수↔제주를 운항하는 연안여객선을 연구대상으로 횡경사 및 종경사변화가 화재확산에 미치는 영향을 시뮬레이션을 이용하여 예측 및 분석하였다. 그리고 화원의 위치를 기준으로 선박의 경사조건을 고려한 피난대책 수립 필요성을 제시하는 것을 연구목적으로 한다.
  • 이 연구는 선박화재 시 횡경사 및 종경사변화가 화재확산에 미치는 영향을 예측하고, 경사조건을 고려한 피난대책 수립 필요성을 제시하는 것을 연구목적으로, 15,000톤 급 여객선을 대상으로 FLUENT를 이용하여 화재시뮬레이션을 수행한 것이다. 이 연구 성과를 정리하면 다음과 같다.
  • 17과 18에 나타내었다. 이를 통해, 화재위험성과 선박의 특성을 고려한 피난안전대책 수립 필요성을 제안하고자 한다.
  • 이에 이 연구에서는 여수↔제주를 운항하는 연안여객선을 연구대상으로 횡경사 및 종경사변화가 화재확산에 미치는 영향을 시뮬레이션을 이용하여 예측 및 분석하였다.

가설 설정

  • 142m이다. 그리고 Exit1과 인접하고 있는 선실을 화재발생 위치로 하여, 화재발생 시 Exit 1을 사용하지 못하는 최악의 경우를 가정하였다. 또한 선박의 경사조건 적용 시 선실에 미치는 영향을 파악하기 위하여 모든 문은 열려있는 것으로 설정하였으며, 거주구역의 바닥과 벽면에는 해석시간을 줄이기 위하여 단열조건을 적용하였다.
  • 전체 해석영역에 대하여 화재실 내부유동을 3차원, 비압축성, 비정상상태, 난류유동으로 가정하였고, 난류모델은 화재 시 고온의 공기에 의한 부력생성을 고려하기 위해 Realizable k-ε을 적용하였다.
  • 또한 화재시험에 관한 절차를 규정하고 있는 IMO의 FTP Code를 참고하여, 실험을 위해 버너에 적용할 수 있는 가스 중 하나인 프로판을 연료로 적용하였다(IMO, 2010). 화재에서 발생하는 연소는 완전연소로 가정하였으며, 프로판의 연소열은 50kJ/g이다. 계산을 위한 격자의 형태는 Tetrahedrons로 격자 수는 약 51만 개이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선내 화재의 대응책은 어떤 것이 필요한가? (2017)은 실제 선박 거주구역을 대상으로 화재실험을 실시하여 화재실의 공조방식이 연기확산에 미치는 영향을 검토하였으며, Kim and Hwang(2016)은 화재시뮬레이션 툴인 FDS를 이용하여 선박 거주구역 화재 시 급·배기 조건이 연기확산에 미치는 영향과 위험성을 분석하고, 급·배기 시스템을 효율적으로 사용할 수 있는 방안을 제안하였다. 그리고 Kim(2010)은 시뮬레이션을 통해 선박화재 시, 복도와 피난구의 폭 증가가 피난시간 확보에 미치는 영향을 확인하였으며, Hwang(2011)은 선내 화재는 내·외부 요인에 의해 영향을 받기 때문에, 화재 시 소방설비만이 대책으로 볼 수 없으며 선박 별 대응 매뉴얼과 선내 재실자의 분포특성을 고려한 피난 대응책이 필요함을 제안하였다.
최근 5년간 해양사고는 어떤 추세인가? 해양안전심판원 통계자료에 따르면, 최근 5년간 해양사고는 2013년 1,093건, 2017년 2,582건으로 연평균 24%의 증가율로 매년 증가하는 추세이다. 그중 선박의 화재와 폭발사고는 5년간 485건으로 이로 인해 125명에 달하는 많은 인명피해가 발생하였다(KMST, 2017).
선박화재로 인한 물적, 인적 피해가 큰 이유는? 이처럼 선박화재로 인해 인적·물적 피해가 큰 이유는 선박의 구조적, 환경적 특수성에서 기인한다. 고기밀성 구조인 선박은 화재 시 연기와 고온의 가스가 공간 외부로의 배출이 어려우며, 선내 공조시스템의 덕트를 통해 선박 전체로 연기가 확산될 수도 있다. 그리고 선박은 낮은 천장과 긴 복도를 가지는 특성으로 인해 복도가 연기통로가 되어 확산된다.
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참고문헌 (21)

  1. ANSYS Co(2018), "ANSYS Fluent Theory Guide", pp. 1-870. 

  2. Atkinson, G. T. and Wu, Y.(1996), "Smoke Control in Sloping Tunnels", Fire Safety Journal, Vol. 27, pp. 335-341. 

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  4. Hwang, K. I.(2011), "Comparative Studies of Evacuation Time According to the Distribution Characteristics of Training Ship's Personnels", Journal of Navigation and Port Research, Vol. 35, No. 3, pp. 213-218. 

  5. IMO(2010), International Maritime Organization, "International Code for Application of Fire Test Procedures(2010 FTP Code)", Resolution MSC.307(88). 

  6. IMO(2016), International Maritime Organization, "MSC.1/ Circ.1552, Amendments to the Guidelines on Alternative Design and Arrangements for Fire Safety", p. 4. 

  7. JoongAng Ilbo(2018), http://news.joins.com/article/22651828, accessed May 24, 2018. 

  8. Junmei, Li., Shanshan, L., Yanfeng, L., Chao, C., Xuan, L., and Chenchen, Y.(2012), "Experimental Study of Smoke Spread in Titled Urban Traffic Tunnels Fires", Procedia Engineering, Vol. 45, pp. 690-694. 

  9. Kim, B. and Hwang, K. I.(2016), "Smoke Exhaust Performance Prediction According to Air Supply and Exhaust Conditions for Shipboard Fires from a Human Safety Point of View", Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 22, No. 7, pp. 782-790. 

  10. Kim, H. T., Lee, D. K., Park, J. H. and Hong, S. K. (2004), "The Effect on the Mobility of Evacuating Passengers in Ship with Regard to List and Motion", IE Interface, Vol. 17, No. 1, pp. 22-32. 

  11. Kim, S. C. and Lee, S. H.(2006), "Numerical Prediction of Smoke Concentration in a Compartment Fire by Using the Modified Volumetric Heat Source Model", Korean Journal of Air-conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 344-350. 

  12. KMST(2017), Korea Maritime Safety Tribunal, Statistics for the marine accidents (in Korean), https://www.kmst.go.kr/kmst/statistics/annualReport/selectAnnualReportList.do#a 

  13. Kim, W. O.(2010), "A Study on the Crew's Survival Ratio According to Ship's Structure", Journal of Navigation and Port Research, Vol. 34, No. 6, pp. 423-427. 

  14. Maele, K. Van. and Merci, B.(2008), "Application of RANS and LES Field Simulations to Predict the Critical Ventilation Velocity in Longitudinally Ventilated Horizontal Tunnels", Fire Safety Journal, Vol. 43, No. 3, pp. 598-609. 

  15. Nicholl, I., Hifi, Y., Lee, B. S., Galea, E. R., Deere, S., Blackshields, D. and Sharp, G.(2012), "The Safeguard Heel Scenario Evacuation Benchmark and Recommendations to IMO to Update MSC Circ 1238", Safeguard Passenger Evacuation Seminar, pp. 83-90. 

  16. Novozhilov, V.(2001), "Computational Fluid Dynamics Modeling of Compartment Fires", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 27. pp. 611-666. 

  17. Stavrakakis, G. M. and Markatos, N. C.(2009), "Simulation of Airflow in One- and Two-Room Enclosures Containing a Fire Source", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, pp. 2690-2703. 

  18. Steckler, K. D., Quintiere, J. G. and Rinkinen, W. J.(1982), "Flow Induced by Fire in a Compartment", Symposium (International) on Combustion, Vol. 19, Issue. 1, pp. 913-920. 

  19. SNAK(2012), The Society of Naval Architects of Korea, Naval Architectural Calculation, Textbooks Press, pp. 48-51. 

  20. Wegrzynski, W. and Vigne, G.(2017), "Experimental and Numerical Evaluation of the Influence of the Soot Yield on the Visibility in Smoke in CFD Analysis", Fire Safety Journal, Vol. 91, pp. 389-398. 

  21. Xue, H., Ho, J. C. and Cheng, Y. M.(2001), "Comparison of Different Combustion Models in Enclosure Fire Simulation", Fire Safety Journal, Vol. 36, pp. 37-54. 

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