1. Abstract
터널화재 발생시 피난 자의 안전을 위해서는 연기전파 속도를 예측할 수 있어야 합니다 . 피난 연결 통로 간격의 적정성을 검증하기 위해서는 연기전파 속도와 대피속도를 비교 하여 피난자의 안정성이 보장되는 간격을 선정해야 합니다.
본 테크노트에서는 Midas NFX 를 활용하여 터널 화재의 연기전파 속도를 계산 하는 실무적인 접근 방법을 제시해 드립니다
2. Technology 배경
2-1. 부유도 해석
화재에 의해 온도가 올라가면 주변 공기의 밀도가 감소하여 상향기류가 발생합니다 . 이 상향기류가 터널 천장에 닿게 되면 양방향으로 퍼지게 됩니다 . 임계속도 해석은 양방향으로 퍼지기 시작한 연기가 어느 정도의 풍속으로 밀어주면 한 쪽 방향으로만 퍼지게 할 수 있는지 확인하는 해석입니다.
따라서 온도가 올라감에 따라 공기의 밀도가 변화하여 부유도가 발생해야 합니다 . 이러한 밀도변 화를 고려하기 위해서 Midas NFX 에서는 비압축성 이상기체를 선택하면 됩니다 . 물론 이상기체를 선택하여도 됩니다만, 이상기체의 경우는 압축성을 고려하기 때문에공기가 출구로 빠져나갈 수 있는 조건에서는 비압축성 이상기체를 선택하는 것을 권장합니다.
유동해석에서 밀폐조건이 아닌 경우에는 음속의 0.3 배 약 102m/s) 이상이 되어야 압축성을 고려합니다. 비압축성 이상기체는 밀도가 온도에 의해서만 변경될 경우 사용하는 기능입니다 .
[그림 1 ] 온도변화에 의한 부유도 발생
2-2. 혼합물 해석
화재가 발생하면 열과 함께 여러 종류의 가스가 발생합니다 . 20MW 의 화재 발생시 CO 발생량은 0.1025kg/s 입니다 . 이를 적용하기 위해서는 혼합물 해석을 사용해야 합니다 .
혼합물 해석은 여러 종류의 가스가 섞여 있을 때 농도를 스칼라 변수로 정의하고 이들의 대류현상과 확산현상을 표현합니다. 혼합물의 경우 두 종류 이상의 유체가 섞여있기 때문에 단일 성분의 물성 값과는 다른 값을 가지게 됩니다. 또한 어느 유체가 더 많은 비중을 차지하고 있느냐에 따라서도 그 값이 변경됩니다.
특정공간의 물성 값은 구성하고 있는 유체와 비율에 따라 결정되며 이는 혼합법칙에 따라 결정됩니다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 방식은 체적가중법이나 질량가중법 입니다. 이는 체적분율이나 질량분율에 따라 물성 값을 적용하는 방식입니다.
3. Technology 사용법
3-1. 예제 설명
예제는 특정 터널에 대한 연기전파 해석이며 형상은 다음과 같습니다.
화재차량을 중심으로 오르막방향 500m 내리막방향 150m 를 유동장으로 설정하였습니다.
해석목적은 다음과 같습니다.
- 터널 연기전파 속도 파악
해석조건은 다음과 같습니다.
- 화재규모 : 20MW
- 화재 성장 속도 : α = 0.0001
- 차량크기 : 대형버스
- 연기발생량 : 0.1025kg/s(화재 성장곡선에 따라 변동)
- 터널 종단경사 : 0.5%
- 중력가속도 : 9.81m/s2
- 출구부 압력 : 대기압
본 예제는 정기교육을 이수하신 분을 기준으로 작성되었습니다.
😥 미리 보기는 여기까지!
내용을 이어서 보고 싶다면,
아래 정보를 입력해 주세요.
