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FDS 화재모델링에서 누설면적(Leak Area)의 민감도분석
정삼원(Chung, Samwon),정영택(Jeong, Youngtaek),오승준(Oh, Seungjun) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.추계
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.
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한석현(Seokhyeon Han),김용재(Yongjae Kim),오승준(Seungjun Oh),정삼원(Samwon Chung) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.추계
원전 화재방호 검사의 품질을 향상시키고 화재방호 검사자에게 화재역학에 대한 통찰력을 제공하기 위한 목적으로 국내 고유의 검사지원용 화재영향분석 프로그램(이하 ‘프로그램’이라 함)을 개발하고자 한다. 현재 화재영향분석을 위한 다양한 프로그램들이 있으나, 규제기관의 검사지원에 적합하도록 신속성 및 휴대성이 고려된 프로그램이 국내에는 없다. 따라서 시나리오 묘사가 단순하고 계산시간이 짧은 대수모델(Algebraic model)을 사용하여 스마트폰, 태블릿PC 등 모바일 플랫폼 운영체제(Android/iOS) 기반의 빠른 운용이 가능한 프로그램을 개발할 계획이다. 본 연구에서는 프로그램의 기능과 구조, 운영체제, 플랫폼, 사용자 인터페이스(UI) 및 사용자 경험(UX) 등을 구상하여 프로그램의 구체적인 개발방안을 도출하였다. 프로그램에 사용될 대수모델은 NUREG-1805(FDTs), SFPE Handbook을 비롯한 다양한 기존 문헌들을 출처로 하는 경험식 또는 이론식들로 구성된다. 프로그램은 (1) FDTs 계산 모듈 및 (2) ZOI 계산 모듈로 구성되며, 각각 (1) 모바일환경에서 최적화된 기존 FDTs 스프레드시트의 기능 및 (2) 특정 점화원 존재 시 화재 영향 구역(ZOI)의 신속한 평가 기능을 갖는다. 개발 프로그램의 주요 목적이 ‘국내 원전 화재방호 검사지원’이므로, 전반적인 UI/UX는 사용자를 대상으로 한 프로그램의 편의성 및 사용 직관성을 염두에 두고 구성하였다. 본 프로그램의 확인 및 검증(V&V)은, 계산능력에 대해서는 NUREG-1805의 예제를 활용한 검증계산을 활용하는 방식으로 수행하며, 실물 화재실험 대비 예측능력에 대해서는 NUREG-1824의 화재모델 검증연구결과를 활용하는 방식으로 수행할 계획이다. 본 연구를 통하여 도출된 프로그램의 개발방안은 다음 단계의 연구인 프로그램의 설계를 위한 기초자료로 활용될 예정이다. 본 프로그램의 개발을 통하여 궁극적으로 화재방호 검사자에게 화재역학에 대한 통찰력을 제공함과 동시에, 화재방호 검사과정에서의 검사 품질 향상 및 소요 시간 절감 등에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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이성분계 탄성 및 점탄성 재료의 내부응력이 확산에 미치는 영향
정삼원,신무환 명지대학교 산업기술연구소 2001 産業技術硏究所論文集 Vol.20 No.-
Free strain produced by diffusion occur from the difference in either i)the partial molar volumes or ii)the self-difusion coefficients between the components. In this paper the free strain from the difference in partial molar volumes were treated. It was assumed that stress was produced by diffusion withot making a new phase. All mechnical properties like Young's modulus, Poisson's ration and viscosity were assumed constant and isotropic. The mixture was assumed to follow elastic and viscoelastic behavior. With this assumptions, the differntial equations for concentration in elastic and Maxwell mixtures were obtained. The concentration change by diffusion as a function of time and position was obtained. The stress was also calculate from the concentration change as a function of time and position. The initial concnetration discontinuity at the interface was decreased with the relaxation of the induced stress in viscoelastic mixture but did not disappeared in elastic mixture.
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