터널 화재시 자연 배기에 의한 연기 거동에 관한 실험적 연구

An Experimental Study of Smoke Movement in Tunnel Fires with Natural Ventilation

본 연구는 터널내 화재발생시 자연 배기에 의한 연기의 거동을 해석하기 위하여 축소모형 실험을 수행하였다. 터널내 연기의 유동은 부력에 의해 지배되므로 Froude scaling에 의해 실물 터널을 1/20로 축소한 모형터널에서 실험을 수행하였으며 배기구의 위치변화에 따른 영향을 평가하기 위하여 화원으로부터 각각 1m, 2m, 3m 떨어진 곳에 배기구를 대칭으로 위치시켜 세가지 경우에 대해 실험을 실시하였다. 지름이 4.36 cm인 화원의 경우, 배기구의 위치에 관계없이 배기구 통과 후 연층의 온도가 배기를 실시하지 않은 경우와 비교하여 약 7~<TEX>$8^{\circ}$</TEX> 낮게 유지되었다. 지름이 5.23cm인 화원의 경우, 배기구가 화원에 가까울수록 배기구 통과 후 연기의 평균속도가 감소하였으며 최대 3.86초가 지연되었다. CASE 1에서는 배기구 통과 후 천장에서 약 <TEX>$8^{\circ}c$</TEX>, 수직온도가 약 <TEX>$7^{\circ}c$</TEX> 감소하였으며, CASE 2에서는 천장과 수직온도가 약 <TEX>$3^{\circ}c$</TEX> 감소하였으며, CASE 3에서는 각각 약 <TEX>$2^{\circ}c$</TEX>가 감소하였다. 레이저와 디지털 캠코더를 이용하여 배기구 주위의 연기 유동을 가시화하여 화재발생 약 1분 후부터 연층의 두께가 터널높이의 25%이하로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

In this study, reduced-scale experiments were conducted to understand smoke movements in tunnel fires with the natural ventilation. The 1/20 scale experiments were conducted under the Froude scaling since the smoke movement in tunnels is governed by buoyancy force. Three cases of experiments, in which a natural vent location varied from 1 m, 2 m and 3 m from the fire source symmetrically, were conducted in order to evaluate the effect of the position of ventilation systems on smoke movement. In case of a poo1 whose diameter is 4.36 cm, the temperature of smoke layer passed through the vent was maintained 7~<TEX>$8^{\circ}c$</TEX> less than that of smoke layer without a vent. In case of a pool whose diameter is 5.23 cm, the average velocity passed through the vent was decreased when it was close to the fire source. And the maximum delay time was 3.86s. In CASE 1, the ceiling temperature was decreased by approximately 8<TEX>$^{\circ}C$</TEX> and the vertical temperature was decreased by approximately <TEX>$7^{\circ}c$</TEX>. In CASE 2, both ceiling and vertical temperature wert decreased by <TEX>$3^{\circ}c$</TEX> and in CASE 3, they were decreased by <TEX>$2^{\circ}c$</TEX> each. It was confirmed that the thickness of smoke layer was maintained uniformly under the 25% height of tunnel through the visualized smoke flow by a laser sheet and the digital camcoder.