The effect of grid number and the location and size of the fire source on the critical velocity in a road tunnel fire

This study conducted comparative analysis to estimate critical velocity in tunnel fire under variation of grid number and the location and size of the fire source using three-dimensional computational fluid dynamics. In the target tunnel, by one-dimensional way, the calculated critical velocity in the tunnel, 2.22 m/s was estimated, if appling hydraulic diameter, instead of the tunnel height. According to six numerical analysis, each grid number has different position, temperature, and CO concentration of back-layering. In the case of the subject, the case 1 with 0.84 million grid was found to be the most ideal. According to the location and size of the fire source, after three cases for three-dimensional numerical analysis was performed, it is resulted that the location and size of the fire source affect the critical velocity, because air velocity distribution, temperature distribution and CO concentration distribution showed different each case. This is due to the difference of heat exchange area and locations. Therefore, it is necessary to decide appropriate grid number, and the location and size of the fire source for processing techniques through comparison with actual experiment results and three-dimensional analysis.

도로터널 임계풍속 산정에 격자개수 및 화원의 크기와 위치가 미치는 영향

본 연구에서는 도로터널 내 화재 시 임계풍속 산정을 위해 3차원 전산유체역학 기법을 이용하여 격자수, 그리고 화원의 크기와 위치에 따라 그 결과를 비교 분석하였다. 본 대상터널에서 1차원 식으로 산출된 임계풍속은 터널 높이 대신 수력지름을 적용한 경우 2.22 m/s로 산정되었다. 임계풍속 2.25 m/s를 적용하여 격자수에 따른 6가지 수치해석 결과, 격자수에 따라 역류의 위치와 온도, CO 농도 값이 상이하게 나타났으며, 본 대상터널의 경우는 약 84만개 격자수를 사용한 case 1이 적절한 격자임을 알 수 있었다. 또한 화원의 크기와 위치에 따른 수치해석 결과, 화원의 크기와 위치에 따라 상이한 기류분포, 온도분포 및 CO농도분포를 나타내어 임계풍속에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 이것은 열교환 면적과 위치에 기인된다고 판단된다. 향후 실제 실험결과와 상세히 비교하여 3차원 수치해석의 격자 의존성과 화원의 위치 및 크기를 반드시 확인해야 할 것으로 판단된다.