FDS 열분해모델 입력변수에 따른 열방출률 민감도 분석

Sensitivity Analysis of HRR According to Input Parameters of FDS Pyrolysis Model

화재모델링 도구 FDS의 신규 기능 중 하나인 ‘열분해모델(Pyrolysis model)’은 일정온도이상의 점화원이 갖는 열에너지를 통해 고체 가연물에 열분해가 발생하여 연소가 시작되는메커니즘의화재모델이다.이때 가 연물의 열분해 발생여부 판단에는 각격자표면의평균온도를사용하며,열분해를통해기화된가연물과산소 의혼합을통해연소가발생하는것을가정한다. 따라서 본 연구에서는 ①점화원온도,②격자크기,③환기조건 이 FDS열분해모델을사용한화재모델링 분석 시 주요 입력변수라 판단하여, 이들이 열방출률에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서 수행한 화재모델링의 대상 가연물은 길이 7.8 m의 열경화성 케이블이며, 이 케이블의 최대 열분해 온도는 일반적인 열경화성 케이블이 손상되는 온도인 330 ℃로 가정하였다. 초기에 케이블 열분해를 발생시킬 점화원의 위치는 케이블의 정중앙으로 설정하였다. 본 연구에서는 점화원온도(240 ℃, 270 ℃, 300 ℃, 330 ℃), 케이블 길이 방향 격자크기(0.2 m, 0.1 m, 0.05 m), 환기조건(유/무)의 세 가지 주요 변수를 고려하여 총 24가지 경우에 대한 화재모델링을 수행하여 열방출률 결과의 변화를 검토하였다. 화재모델링 수행을 통하여, ①점화원온도의 경우, 240 ℃일 때 열방출률은 7 kW 이하의 결과를 보여 열분해 모델을 통한 연소는 실질적으로 발생하지 않으며, 270 ℃ 이상의 경우 온도가 증가함에 따라 최대 열방출률 결과가 크게 증가함을 확인하였다. ②격자크기의 경우, 본 연구에서 수행한 격자 해상도 수준에서 열방출률에 미치는 영향은 미미함을 확인하였다. ③환기조건의 경우, 점화원 온도가 최대 열분해온도 (330 ℃)에 비해 약간 낮은 270 ℃, 300 ℃의 경우, 환기조건의 유무가 열방출률 결과의 변동성에 크게 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구를 통하여, FDS의 신규 기능 중 하나인 ‘열분해모델’을 사용한 화재모델링 시 환기조건이 주요 변수로 작용함을 확인하였다. 또한 점화원온도가 환기조건과 연계되어 주요 입력변수가 될 수 있음을 확인하였 다. 한편 격자크기의 경우, 분석 범위를 확장하여 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.