화재 시뮬레이션 기반 터널 축소비에 따른 연기거동에 관한 연구

Study Smoke Behavior as a Function of Tunnel Reduction Ratio Based on Fire Simulation

산업의 발전 및 소득수준과 시민의 안전의식이 향상됨에 따라 화재 안전에 대한 인식이 커지고 있다. 또한, 화재 사망 원인 중 연기흡입이 제일 높은 사망 비율(40%)을 나타내면서 제연 및 배연에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있다. 화재 및 제연 실험의 경우 실제 장소, 실물 크기 모형에서의 실험분석 진행이 실제 화재 현장과 유사할 수 있으나, 이러한 실 규모 실험은 경제 및 환경적 제한 요소가 많아 축소 모형 실험 또는 전산유체역학 프로그램 을 사용한 시뮬레이션이 진행된다. 기존 연구에서 축소비율이 커짐에 따라 오차율이 높아지는 경향을 보이며, 이는 화재시 발생하는 연기 유동을 분석하기 위해 진행되는 시뮬레이션 또는 축소실험에 유의미한 영향을 줄 수 있어 축소비율에 따라 발생하는 오차율에 관한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 축소비율에 따른 시뮬레이션을 진행하여 축소비율에 따른 터널의 연기유동의 오차율을 분석 하였다. 시뮬레이션은 FDS 기반의 프로그램인 pyrosim을 사용하였으며, 터널은 1:1 기준 10 × 5 × 1000 m 의 크기로 선정하였다. 화재 규모의 경우 버스 화재로 가정하여 화재 강도는 20 MW, 최성기 시간은 600 s로 설정하였다. 축소비율에 따라 Froud 상사 법칙에 근거하여 화재 강도를 달리하였다. 축소비율의 경우 실제 스케일(1:1), 1:10, 1:20 비율로 선정하여 진행했다. 시뮬레이션 결과, 연기 도달 시간에 따른 오차율은 1:10과 1:20 비율에서의 화원근처에서 축소비가 커질수록 더 높은 오차율이 나타났다. 화원 근처에서 1:10과 1:20의 스케일 모두 높은 오차율을 보였다. 화원에서 멀어질 수록 1:10과 1:20은 낮아지는 오차율을 보였으나 1:20은 화원에서부터 약 300 m 이후로 높아지는 오차율을 보였다. 축소 시뮬레이션에 의해 발생하는 스케일별 오차율 및 각 구간별 오차율의 원인에 따라 파라미터 값 조정을 하여 실제 스케일과 비슷한 실험 결과를 얻을 수 있을 것으로 보인다.