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문제 정의
- 일본의 경우는 LP가스의 경우는 공기보다 비중이 크기 때문에 바닥에서 30cm이내에 설치하도록 규정하고 있고, 천연가스의 경우는 공기보다 가볍기 때문에 천정면에서 30cm이내에 설치하도록 구체적으로 정하고 있다.[10] 본 연구에서는 전산유동해석기법과 CO센서 및 경보기 설치실험을 통해서, 배기구에서 누출된 불완전연소가스(CO)의 누출확산 메커니즘을 해석하고 CO경보기의 적정설치 위치를 제안하고자 한다. 이를 위해 상용 전산해석 프로그램을 이용하여 CO가스의 누출확산 과정을 수치 해석하였다.
- 6은 z-방향 중앙 단면에서 x-방향으로 5지점을 선정하여 일산화탄소의 수직 농도분포를 도시하였다. x=0.5m 지점(보일러 반대쪽 벽면 부근)에서부터 x=2.5m(보일러 설치 부근)까지 등간격으로 5등분하여 누출된 일산화탄소 가스가 실내의 바닥에서부터 천정까지 수직분포를 확인하고자 하였다. 이전의 단면별 농도분포에서 확인하였듯이 천정부근에서 150~250ppm의 높은 농도분포를 보이고 있고, 바닥 쪽에서 50~100ppm의 농도분포를 보이고 있다.
- 고압가스안전관리기준통합고시[3]에서는 가연성가스와 독성가스에 대해서만 가스누출검지경보장치의 설치기준을 정하고 있다. 따라서 본 연구는 심각한 인명피해를 초래하는 CO중독 사고의 예방을 위하여, 연소기 설치건물 내부에 CO경보기를 설치하도록 하는 불완전연소가스 검지장치에 대한 설치기준을 마련하고자 한다. 가스누설 경보기는 누설가스의 특성에 따라서 적정한 설치위치를 결정해야 한다.
- 이상의 전산해석 및 농도측정 실험 결과를 통해 볼 때 천정 부근에서의 농도분포가 그 밖의 바닥 및 중간지점에 비해 매우 높은 농도분포를 보이는 것이 공통적으로 나타나고 있다. 따라서 천정부근에 CO경보기를 설치하는 것이 매우 합리적이며, 일본의 천정으로부터 30cm 이내에 CO경보기를 설치하도록 하고 있는 기준을 국내에 적용하는 것을 적극 권장하는 바이다. CO경보기의 보급이 확대된다면 연소기 배기가스 누출로 인한 치명적 인명피해는 현저히 감소할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구는 건축물내의 가스보일러 등과 같은 가스연소기가 설치된 실내에서 배기가스 중의 일산화탄소가 누출되는 사고에 의한 인명피해를 예방하기 위해, 적정위치에 CO경보기를 설치하여 사고를 미연에 방지하고자 하는 목적에서 수행되었다. 가스누설 경보기는 누설가스의 특성에 따라서 적정한 설치위치를 결정해야 한다.
- 본 연구는 유동을 시간에 따라 변화하는 3차원 비정상상태(unsteady state)로 보고, 경과시간에 따른 일산화탄소의 확산경로를 해석하였다. 작동유체는 공기와 일산화탄소(CO)의 혼합기체로서 유속이 압축성(compressible)을 무시할 수 있을 정도로 낮으므로, 비압축성(incompressible) 유동이라 가정하여, 범용 전산 유동해석 프로그램인 FLUENT[6]을 사용하여 계산을 수행한다.
- 본 연구에서는 전산유동해석기법과 CO센서 및 경보기 설치실험을 통해 배기구에서 누출된 불완전연소가스(CO)의 누출확산 메커니즘을 해석하고 CO경보기의 적정설치 위치를 제안하고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 가스누설 경보기는 누설가스의 특성에 따라서 적정한 설치위치를 결정해야 한다. 본 연구에서는 전산유동해석기법과 CO센서 및 경보기 설치실험을 통해서, 배기구에서 누출된 불완전연소가스(CO)의 누출확산 메커니즘을 해석하고 CO경보기의 적정설치 위치를 제안하고자 한다.
가설 설정
- 그리고 덕트 배기통의 중간부분에 누출구를 만들어 강제로 배기가스가 실내로 유입되도록 모델링하였다. 배기가스의 배출구는 대기 중으로 방출된다고 가정하여 대기압조건을 사용한다. 유동의 형태를 결정하는 레이놀즈수(Re)는 배기구 원통의 직경을 기준으로 한 입구부의 레이놀즈수는 약 4,622로 난류영역이다.
- 배기부는 75mm의 원통을 통하여 150mm×200mm의 덕트(배기통)로 연결되어 배기구로 방출된다. 연소기에서 배출되는 배기가스의 유속은 원통부에서 0.9m/s이고, 배기가스 중의 일산화탄소(CO) 농도는 1,000ppm이라고 가정하였다. 그리고 덕트 배기통의 중간부분에 누출구를 만들어 강제로 배기가스가 실내로 유입되도록 모델링하였다.
- 본 연구는 유동을 시간에 따라 변화하는 3차원 비정상상태(unsteady state)로 보고, 경과시간에 따른 일산화탄소의 확산경로를 해석하였다. 작동유체는 공기와 일산화탄소(CO)의 혼합기체로서 유속이 압축성(compressible)을 무시할 수 있을 정도로 낮으므로, 비압축성(incompressible) 유동이라 가정하여, 범용 전산 유동해석 프로그램인 FLUENT[6]을 사용하여 계산을 수행한다. 수치계산을 위한 공기와 일산화탄소의 물성치는 Table 1과 같다.
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