FDS 화재모델링에서 누설면적(Leak Area)의 민감도분석

Sensitivity Analysis of Leak Area in FDS Modeling

FDS를 이용하여 밀폐된 공간에서 발생하는 화재모델링을 수행할 경우, 일정 시간 후 출입문의 개방으로 밀폐된 공간에 급격한 압력 변화가 생기게 되면, 수치학적 불안정으로 인해 FDS 모델링 계산이 정지될 수 있다. 현실에서는 완전한 밀폐공간은 없으므로 이를 고려하여 FDS 모델링 시에는 일정한 누설면적(leak area)을 가정하여 출입문 개방 전에 화재 공간의 압력을 출입문 밖의 대기 압력으로 완화하여 FDS 모델링 계산을 수행한다. 본 연구에서는 NUREG-1934의 펌프실 윤활유 화재에 대한 FDS 모델링 사례에서 누설면적을 증가 및 감소시킨 값을 입력한 FDS 모델링 계산 결과를 상호 비교하여 민감도 분석을 수행하였다. FDS 민감도 분석을 위한 화재모델링 출력 값으로, 펌프실 내 가스 온도, 케이블 내부 온도, 펌프실 벽의 표면 온도, 펌프실 천장 표면온도, 그리고 화재 발생 후 일정 시간 후에 개방되는 출입문 근처의 가스 온도와 동시에 가스 속도, 밀도를 조사하였다. 특히 출입문의 개방 시간(화재 발생 10분 후)과 연료 소멸 시간(화재 발생 22분 후)을 중심으로 출입문 근처의 온도, 가스 유동 속도, 밀도를 관찰하였다. 본 연구의 계산 결과, 1) 누설면적의 감소에 따라 펌프실 내의 압력이 증가하였으나 누설면적의 존재로 시간이 경과함에 따라 격실 내의 압력이 출입문 개방 시간에는 대기 압력과 같은 수준으로 완화됨을 확인하였다(누설면적을 더 감소시킨 경우 출입문 개방 시간 전에 대기압으로 압력이 완화되지 않아 수치학적 불안정으로 모델링 계산이 중단됨). 누설면적의 증가는 화재로 인한 초기 격실 내 압력을 이른 시간 내에 대기 압력으로 완화하였다. 2) 누설면적이 온도에 미치는 영향으로, 누설면적의 감소는 격실 내의 압력을 증가시켜 출입문 개방 전까지 격실 내의 가스 온도 및 표면 온도를 증가시켰으나, 출입문 개방 후(즉 격실 압력이 대기 압력과 같아진 이후)에는 누설면적의 차이와 관계없이 가스 온도의 차이는 거의 없었다. 그러나 벽, 천장 표면 온도는 출입문 개방 이후에도 누설면적이 작은 경우 큰 경우 보다, 더 높은 온도를 보였으며, 케이블 내부 온도의 경우 누설면적의 영향이 컸다. 3) 개방된 출입문 근처의 온도, 가스 유동 속도, 밀도 결과에서, 고온 가스가 이상기체 관계를 따르는 것과, 가스의 유동이 열과 밀도 차이에 의한 흐름임을 관찰할 수 있었다.