Abstract
The fire extinguishing performance of hybrid nozzle systems is improved by injecting an extinguishing agent concentrically into the target site and, in this study, water mist is used as a water curtain to confine the droplets of the agent. In this study, we numerically investigated the effect of the foundation angle and injection pressure on the performance of a hybrid nozzle by evaluating the mean radius of the volume fractions of the agent and water mists. An experiment involving a water mist nozzle was carried out to validate the numerical method and then the droplet behaviors, e.g., stochastic collision, coalescence and breakup, were calculated with 2-way interaction Discrete Particle Modeling (DPM) in the steady state for the hybrid nozzle system. The mean radius of the water mists increased by about 40 %, whereas that of the agent decreased by about 21 %, when the injection pressure was increased from 30 bar to 60 bar. In addition, the mean radius of the agent increased by about 24 % as the foundation angle of the hybrid nozzle head increased from $30^{\circ}$ to $60^{\circ}$. As a result, it can be inferred that the injection angle and pressure are important factors for hybrid water mist designs.
본 하이브리드 노즐은 국부 지점에 집중적으로 분사하기 위해 소화 약제 주위로 워터미스트를 분사하여 커튼과 같이 약제를 가두어 목표 지점에 살포함으로써 소화 성능이 제고 된다. 본 연구에서는 수치해석 연구를 통해 노즐 기단 각 및 워터미스트 노즐 분사 압력이 하이브리드 노즐 성능에 미치는 영향을 워터미스트 및 소화 약제 액적의 평균 분포 반경을 기반으로 정량적으로 비교 분석 하였다. 워터미스트 노즐 실험 결과를 이용하여 수치해서 기법의 타당성을 검증하였으며, 유동장 내 액적 간 충돌, 병합 및 깨짐 등의 거동을 고려하기 위해 정상상태 2-way interaction Discrete Particle Modeling (DPM) 해석을 수행하였다. 분사 압력이 30 bar에서 60 bar로 증가함에 따라 워터미스트 액적의 평균 분포 반경은 약 40 % 감소하는 반면에 소화 약제의 평균 액적 분포 반경은 약 21 % 감소하였다. 또한 기단 각이 $30^{\circ}$에서 $60^{\circ}$로 2배 증가하였을 때 소화 약제의 평균 분포 반경은 약 24 % 증가하였다. 결과적으로 하이브리드 노즐은 워터미스트를 분사를 통해 내부에 분사된 소화 약제를 국부지점 집중적으로 분사하는 데 목적이 있으므로 소화 약제 액적의 평균 분포 반경을 고려하여 워터미스트 분사 압력과 기단 각의 설계가 중요할 것으로 판단된다.
