초록
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.
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.
