The Froude Scaling Study on the Ventilation of Non-isothermal Concentrated Fume from the Semi-closed Space

The Froude scaling between the prototype and the model was tried to estimate the necessary ventilation rate for non-isothermal concentrated fume from the semi-closed inner space. Based on the non-dimensional similitude equations derived from the Zukoski plume rise analysis, the scaling experiments were done to verify the relationship of the non-dimensional energy release rate and the non-dimensional mass flow rate by using two different scaled volume models, model A ($1\;m{\times}1\;m{\times}1\;m$) and model B ($0.5\;m{\times}0.5\;m{\times}0.5\;m$). The experimental results showed that the theoretical similitude between the models is acceptable for the prediction of ventilation rate of the concentrated fume. The maximum energy release rate used for the experiments was $20\;kW/m^3$. In the experimental range, the similitude between the energy release rate and the ventilation mass flow rate was well defined and the necessary ventilation rates were 20-30% higher than the stoichiometric ventilation mass flow rate. Based on results of current study, the design of the local air ventilation system can be improved by correcting the effects of buoyancy and diffusion of the non-isothermal concentrated fume.

반밀폐형 공간에서 비등온 고농도 연무의 배연산출량 산정을 위한 Froude 상사연구

반 밀폐형 공간에서 발생되는 비등온 고농도의 연무를 제거하기 위해 필요한 배연량 산정을 위한 실형과 모형사이의 Froude 상사연구를 시행하였다. Zukoski의 연무상승 방정식을 기반으로 하는 무차원 상사방정식을 구성한 다음 체적 $1\;m^3(1\;m\;{\times}\;1\;m\;{\times}\;1\;m)$인 모형 A와 체적 $0.125\;m^3(0.5\;m\;{\times}\;0.5\;m\;{\times}\;0.5\;m)$인 모형 B를 사용하여 기하학적 상사성에 따른 파라메터인 무차원 에너지방출량과 무차원 질량유량과의 상관관계를 실험적으로 평가하였다. 실험적 결과는 고농도 배연에 관련하며 구성된 이론적 상사가 타당함을 보여주었고 본 연구에서 구성된 이론적 방정식이 범용으로 적용될 수 있음을 보여 주었다. 본 연구의 실험조건에서 제어공간에 투입된 최대 에너지량은 $20\;kW/m^3$이며 이 범위 이하의 열량 투입조건에서 배연량 대비 에너지 투입양 간의 상사가 잘 이루어졌다. 연구 범위의 에너지 투입조건에서 열적영향에 의한 필요 배연량의 증가는 단순한 양론적 추정 배연량에 비해 20-30% 추가되는 것으로 나타났다. 본 연구 자료를 바탕으로 고농도 비등온 조건에서 열부력 및 확산효과에 의해 이탈되는 제어대상 연무를 효율적으로 제어하기 위한 국소배기시스템의 설계 개선을 가져 올 수 있다.