Air Curtain Nozzle Design for Uniform Jet Expulsion

ISSN: 1738-7167

DOI: http://dx.doi.org/10.7731/KIFSE.2016.30.4.039

균일한 제트 분출을 위한 에어커튼 노즐 설계

박원희

^†

한국철도기술연구원 철도안전연구실, *(주)델타이에스 기술연구소

Air Curtain Nozzle Design for Uniform Jet Expulsion

^†

Railroad Safety Research Division, Korea Railroad Research Institute

*Research & Development Center, DeltaES Co., Ltd.

(Received June 27, 2016; Revised August 9, 2016; Accepted August 19, 2016)

요 약

화재발생시 가장 큰 인명피해를 유발시키는 연기의 안전한 구역으로 유입을 차단하기 위해 방화문 등 출입구 상부에 설치되는 에어커튼 노즐의 최적 설계를 수행하였다. 연기의 유입을 차단을 목적으로 개구부 상부에 설치되는 에어커튼 노즐의 슬릿에서 유동이 편심되지 않고 외부로 균일하게 배출되어야 한다. 유입 풍량, 내부 슬릿 형상, 외부 슬릿 두께 등을 변수로 고려하여 다양한 조건별로 수치해석을 수행하여 최종 형상을 선정하였다. 최종 형상을 시제품으로 제작하여 수치해석 결과와 비교 검증한바 모든 슬릿의 평균 속도에 대한 시험과 수치해석 결과의 상대오차는 1% 미만으로 매우 일치하는 경향을 보였다.

ABSTRACT

The optimal design of an air curtain nozzle installed at exits, such as fire doors, was determined in order to block the flow of smoke into safe zones. Smoke is the greatest cause of loss of life during the fire. To block the flow of smoke, the airflow must be expelled uniformly without eccentricity from the slits in the air curtain nozzle installed on the upper part of the opening. In order to accomplish this, factors such as air inflow volume, shape of the internal slits, and thickness of the external slits were considered as variables in this study, and a numerical analysis was performed under various condi- tions. This led to the selection of a final shape which led to the finalization of a design shape. The final shape was manu- factured as a prototype and the results were compared and verified with the results of the numerical analysis. The relative error of the numerical analysis results was less than 1%, and the average speed of all the slits was tested, exhibiting a highly consistent tendency.

Keywords : Air-curtain nozzle, Smoke protection, CFD, FloEFD

1. 서 론

공공건물이나 상업용 건물 및 지하역사 등에 화재가 발 생할 경우 화재연기를 제어하기 위하여 연기를 배출하는 배연설비와 연기의 침입을 저지하는 가압설비 등이 운영 되고 있다. 이러한 건물등의 경우 사람들의 출입이 빈번한 경우에는 출입문을 열어 놓는 경우가 많으며 외기의 침입 및 냉/난방 에너지 손실을 줄이기 위하여 차단막을 형성하 는 에어커튼 장치가 이용된다. 최근에는 에어커튼을 화재 연기의 차단을 위하여 활용되고 있으며 화재연기를 에어 커튼 또는 에어제트를 이용하여 제어하는 연구는 국내외 로 수행되고 있다. 화재시 발생하는 전체 사망자 중에서

연기흡입에 기인한 사망자가 70% 이상을 차지하고 있다 고 보고하였으므로^(1,2) 사람들의 피난을 자유롭게 할 수 있 는 공간을 확보하여 연기를 차단할 수 있는 에어커튼의 활 용은 최근들어 각광을 받고 있다. Chow⁽³⁾는 건축물에서 에어커튼을 사용하여 연기의 확산을 저지하는 연구를 수 행한바 있으며, Hu et al.⁽⁴⁾는 에어커튼 노즐에서 제트 분 출속도에 따라서 공간에서 화재연기와 일산화탄소의 구획 에 대한 연구가 수행된 바 있다. Luo et al.⁽⁵⁾는 축소모형 과 수치해석을 이용하여 에어커튼의 주요 인자설계에 대 한 연구를 수행하였다. 또한 Gao et al.⁽⁶⁾는 터널에 에어커 튼을 이용한 방연개념을 적용하여 피난로 상하부에 노즐 을 설치하여 연기를 차단 효과를 연구하였다. 또한 터널

†

Corresponding Author, E-Mail: [email protected]

†

TEL: +82-31-460-5358, FAX: +82-31-460-5579

화재와 관련하여 연기확산 방지를 위한 에어커튼 시스템 과 관련한 연구도 진행되었다^(7,8). Kim과 Lee⁽²⁾는 급기노즐 과 배기후드를 포함하는 에어커튼 시스템을 제안하여 제 트기류에 대한 측정 및 수치해석을 통해 분석한 바 있다.

빌딩 및 지하역사 등의 공공 건축물 내에서 화재가 발생 할 경우 연기를 차단할 수 있는 장치가 필요하다. 최근에 방화문 등의 상부에 공기 제트 노즐을 이용하여 화재연기 가 인접공간으로 연기가 침투하는 것을 차단하기 위한 장 치가 고안된 바 있다⁽⁹⁾.

Figure 1은 해당 시스템의 효과를 나타낸 그림인데 해당 시스템은 화재 시 안전한 공간과 외부 사이에 공간을 형성 하고, 시설을 통해 방연풍과 차압을 형성하여 연기의 유입 을 막고, 단일 방화문의 이상 발생 시 상황에 대비하기 위 한 시설이다. 문이 열리고 피난인이 출입하는 경우 노즐에 서 생성된 공기 제트가 방연풍을 형성하여 연기유입을 방 지한다. 그리고 피난인이 쓰러져 문이 다 닫히지 않는 경우 열린 부분으로의 연기유입을 방지할 수 있으며 소방대의

Figure 2. Performance of smoke protection for air-jet nozzle. Figure 3. P-Q diagram for HAE SUNG LK-803S.

Figure 1. Conceptual figure of air-jet nozzle for smoke pro- tection.

Table 1. Dimension of Initial Design of a Nozzle

Item Dimension [mm]

Nozzle body

Length 1,000

Outer diameter

0,100

0,098

Outer slit

Length

0,060

Width

0,009

Interval

0,002

진입에도 일부 보조적인 효과를 줄 수 있다. 또한 Figure 2 는 실제 연기실험을 통해 방연효과가 연기를 차단효과를 보여주고 있다⁽¹⁰⁾.

화재연기는 부력으로 인하여 공간의 천장벽을 타고 전 파되는 모멘템을 가지고 있는데, 에어커튼 노즐에서 방출 되는 유속이 균일 하지 않고 유속이 낮은 영역이 있을 경 우 연기의 침입에 취약할 수 있으므로, 차연을 위한 에어 커튼 노즐 제트는 노즐 길이방향으로 균일한 유속을 확보 하는 것이 가장 유리하다. 노즐의 최적 설계를 위한 수치 해석 프로그램은 Mentor Graphics사의 FloEFD V14.1⁽¹¹⁾ 을 이용하였다. 노즐의 모든 슬릿에서 균일한 유속분포 경 향을 보이는 최적 설계를 위하여 기본 형상 설계로부터 다 양한 케이스 수행을 통한 최종 형상을 도출하였다.

2. 본 론

2.1 차연 에어커튼 노즐 제트 초기 모델

Computation Fluid Dynamics (CFD) 해석을 위한 초기 형상 및 규격은 Figure 3 및 Table 1과 같다. 에어커튼 노 즐 몸체의 전체 길이는 1,200 mm이며, 공기 제트가 형성 되는 슬릿이 있는 구간은 1,000 mm이다. 에어커튼 노즐 몸체의 외부 지름은 100 mm이며, 내부의 지름은 98 mm 다. 슬릿의 너비 및 폭은 60 및 9 mm이다. 이러한 에어커 튼 노즐은 2 mm 간격으로 반복되어 설치된다. 초기 모델 은 실물 제작을 고려하여 작업이 간단하고 빠르면서도 제

작 단가를 낮출 수 있도록 비교적 간단하게 설계하였다.

에어커튼 노즐 몸통 좌측면 한쪽 끝단에 송풍기가 연결되 어 있으며, 송풍기에서 유입된 공기는 다수의 좁은 외부 슬릿을 통하여 외부로 빠른 속도로 배출되어 연기를 차단 하게 된다. 에어커튼 노즐의 모든 슬릿에서 균일한 유속을 보여야만 연기를 차단하는 모든 영역에서 균일한 연기 차 단 성능을 보이므로 이를 설계 목표로 하였다. 설계를 위 하여 초기 형상 설계로부터 다양한 조건의 연구를 통한 최 종 형상을 도출하고자 한다.

2.2 지배방정식

전산유체역학에서 사용되는 물리적 모델은 다음과 같은 지배방정식으로 표현되며, 사용된 방정식은 보존 방정식, 운동량 보존 방정식, k-ε 난류모델 등이다.

- 보존 방정식⁽¹¹⁾

(1)

여기서, ρ 및 u는 밀도 및 속도이며, 하첨자 i는 방향을 나타낸다.

- 운동량 보존 방정식⁽¹¹⁾

(2)

여기서, τ는 편향응력 텐서를 나타내며, S는 방정식의 생성항을 나타낸다.

- 에너지 보존 방정식⁽¹¹⁾

(3)

여기서 H = h + u²/2이며, q는 열유속을 뜻한다.

- 난류운동에너지 방정식⁽¹¹⁾

(4)

여기서, k는 난류 운동에너지이며 난류운동에너지의 생 성항 Sk는 다음과 같다.

(5)

- 난류 에너지 소산 방정식⁽¹¹⁾

(6)

여기서 ε는 난류에너지 소산율이며, 생성항 S_ε는 다음과 같다.

(7)

2.3 수치해석 조건

고려하는 에어커튼 노즐은 유해한 연기가 유입되지 않 도록 차단하기 위하여 출입구의 상단에 설치한다. 앞 절에 서 간략히 소개하였지만, 에어커튼 노즐의 한 쪽 끝단은 송풍기 팬으로 연결되어 공기가 유입되고, 에어커튼 노즐 에 뚫려있는 다수의 슬릿을 통하여 외부로 배출되는 간단 한 구조이다. 따라서 경계조건은 팬으로 유입되는 곳에 유 량 조건, 슬릿을 대기압 조건으로 설정하였다. 송풍기 팬 은 압력차에 의해 유량이 변하지만, 일정시간 송풍기가 작 동한 후 정상상태에 도달한 것으로 가정하였다. 송풍기 유 량은 실제 차연도어 에어커튼 노즐 설치 시 사용될 송풍기 인 HAE SUNG LK-803S⁽¹²⁾의 P-Q 선도(Figure 3)의 풍 량을 사용하였으며, 에어커튼 노즐의 출구조건은 대기압으 로 설정하였다.

2.1절에서 제시한 초기모델의 형상 및 격자계는 Figure 4와 같다.

본 CFD 해석을 수행하기 전에 정확한 결과 도출을 위 하여 격자 민감도 테스트 해석을 선행하였다. 격자 개수에 따른 결과 검토를 위하여 격자 개수에 따라 (약 500,000~

4,000,000 이내)테스트 해석을 수행하고 결과를 비교 검토하 였으며, 초기 모델은 격자 개수는 약 96만개로 생성하였다.

에어커튼 노즐의 최적설계를 위한 환경 조건인 유입 풍량,

∂ρ --- + ∂∂t

∂x_i

---(ρu_i) = 0

∂u_i --- + ∂∂t

∂x_j

---(ρu_iu_j) + ∂p

∂x_i --- = ∂

∂x_j

---(τ_ij + τ_ij^R) + S_i

∂ρH

--- + ∂t ∂ρu_iH

∂x_i --- = ∂

∂x_i

--- u( _i(τ_ij + τ_ij^R) + q_i) + ∂p

---∂t − τ_ij^R∂u_i

∂x_j

--- + ρε + S_iu_i + Q_H,

∂ρk --- + ∂∂t

∂x_i

---(ρu_ik) = ∂∂x---_i μ + μ_t σ_k ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞ ∂k

∂x_i ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞ + S_k

S_k = τ_ij^R∂u_i

∂x_j

--- − ρε + μ_tP_B

∂ρε --- + ∂∂t

∂x_i

---(ρu_iε) = ∂∂x---_i μ + μ_t σ_ε ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞ ∂ε

∂x_i ---

⎝ ⎠

⎛ ⎞ + S_ε,

S_ε = C_ε1ε

k--- f₁τ_ij^R∂u_i

∂x_j

--- + μ_tC_BP_B

⎝ ⎠

⎛ ⎞ − C_ε2f₂ρε² ---k

Figure 4. Computational and grid domain of initial design.

내부 슬릿 및 외부슬릿 등에 따라 에어커튼 노즐의 제트 유 동 특성을 분석이 필요하며, 각 해석 조건은 다음과 같다.

2.3.1 내부 슬릿

에어커튼 노즐에 내부 슬릿이 추가되었을 때 유속의 균 일도에 미치는 영향을 검토하기 위하여 몇 가지 내부 슬릿 의 형상을 검토하였다. 내부 슬릿의 형상은 Table 2에 나 타내었으며, 내부 슬릿의 가로 길이는 1,000 mm이며, 세 로 길이는 약 46.4 mm, 두께는 2 mm 및 외부 슬릿과의 거리는 7.5 mm이다. 그림에서 표시된 검정색부분이 내부 슬릿의 판이며, 흰색부분이 타공한 부분이다. case 0은 초 기 모델로 내부 슬릿이 설치되지 않은 형상이며, case i1~

case i3는 초기 모델에 내부 슬릿을 추가한 형상이다. case i1는 내부 슬릿 중앙이 완전히 뚫려 있는 형상이며, case i2와 case i3는 내부 슬릿이 타공한 것으로 case i2는 타공 된 홀과 홀 사이의 간격이 17 mm이고 case i3의 타공된 홀과 홀 사이의 간격이 4.5 mm이다.

2.3.2 외부 슬릿

외부 슬릿의 두께에 따른 유동 균일도를 검토하기 위하 여 해석 조건으로 설정하였다. Case 0은 초기 모델의 형상 이며, 초기 모델의 경우 외부 슬릿의 두께가 9 mm로 Table 1에서 확인할 수 있다. 외부 슬릿의 두께는 실제 제 품 제작이 가능한 범위 내의 조건이다. Table 3는 외부 슬 릿의 두께를 변수로 구성한 case이다.

2.3.3 유입 풍량

다양한 송풍기의 작동 풍량에 따른 외부 슬릿의 유속

균일도를 검토하여 보았다. Table 4는 송풍기에서 유입되 는 풍량에 따른 case를 보여주고 있다. 실제 송풍기의 P- Q 곡선을 참고하여 차연도어 에어커튼 노즐로 유입될 수 있는 유량 범위 내에서(2~14 m³/min) 8개의 조건으로 구 분하였다.

3. 결 과

3.1 초기 에어커튼 노즐 해석결과

초기 에어커튼 노즐은 0.0867 m³/s 유량으로 공기가 유 입되고 내부 슬릿은 없으며, 외부 슬릿(60 mm*9 mm)은 총 17개로 각각의 슬릿에서 외부로 배출되는 속도(유량)의 균일도를 검토하였다. 외부 슬릿의 개수는 모든 해석 케이 스에서 동일하며, 각각 슬릿의 넘버링은 공기가 유입되는 가장 가까운 외부 슬릿이 1번이며, 가장 먼 외부 슬릿 번 호는 17번이다(Figure 4(a) 참조). Figure 5에서의 평균유 속은 17개의 외부 슬릿을 통하여 배출되는 유량을 외부 슬릿의 총 면적으로 나눈 값이다.

출구 유속이 가장 느리게 나타난 외부 슬릿은 공기 유입 구에 가장 근접한 위치에 1번 슬릿으로 0.887 m/s로 나타 났으며, 17개 외부 슬릿 평균 유속은 9.934 m/s이다. 유속 Table 2. Conditions of Shape of Inner Slit

Case Shape of inner slit Case 0 No inner slit

Case i1

Case i2

Case i3

Table 4. Conditions of Flow Rate at Inlet

Case Q (m³/min) Q (m³/s)

Case f0

05.2

Case f1 2. 0.0333

Case f2 4. 0.0667

Case f3 6. 0.1000

Case f4 8. 0.1333

Case f5 10.0 0.1667

Case f6 12.0 0.2000

Case f7 14.0 0.2333

Table 3. Conditions of Width of Outer Slit

Case Width of outer slit [mm]

Case 0o 9.0

Case o1 6.0

Case o2 5.0

Case o3 3.0 Figure 5. Distributions of jet for intial model (case 0).

편차가 가장 크게 나타난 1번 슬릿의 평균 유속대비 상대 오차가 91%이며, 전체 슬릿의 평균 상대오차는 15.8%로 균일도가 좋지 못함을 확인할 수 있었다. 입구 경계조건에 서의 평균 압력은 120.9 Pa이다. 따라서 초기 모델의 외부 슬릿에서의 유속 균일도 향상을 위하여 내부 슬릿 추가, 외부 슬릿 형상 변경 및 유입 유량 등의 다양한 변수에 따 른 영향 검토가 필요하다.

3.2 내부 슬릿

유량 0.0867 m^3//s 조건에서 해석 결과 내부 슬릿에서의 유속 균일도는 case i3 > case i1 > case 0 > case i2로 나 타났다. 타공 사이의 간격이 넓을 경우(case i2)가 가장 균일도가 떨어짐을 확인할 수 있었다. 전체 에어커튼 노 즐의 평균유속을 기준으로 평균 상대오차는 case 0:

15.8%, case i1: 12.9%, case i2: 16.2%, case i3: 3.4%로 타공 간격이 조밀한 case i3가 다른 case에 비하여 월등히 균일도가 좋아졌음을 확인하였다. 그러나 실제 제품를 제 작할 때 타공판의 간격이 너무 근접할 경우 발생할 수 있 는 강도의 문제 및 제작 자체의 어려움을 고려할 필요가 있다. 입구 경계조건에서의 평균 압력은 case 0: 120.9 Pa, case i1: 142.62 Pa, case i2: 420.86 Pa, case i3: 1081.2 Pa이다. Figure 6은 내부 슬릿 형상에 따른 외부 슬릿의 유속 분포를 보여주고 있다. Case i2를 제외한 나머지는 case는 다소 유사한 유속분포 경향을 보이지만, case i2는 내부 슬릿 타공 홀들과 외부 슬릿의 배치에 따라 유속차 가 크게 발생함을 확인할 수 있다. 따라서 타공 간격이 조 밀한 내부 슬릿을 삽입하여 균일도를 향상시킬 것이다.

그러나 아직까지 균일도가 가장 좋게 나타난 case i3에서 도 공기가 유입되는 첫 번째 슬릿과 마지막 슬릿의 상대오 차가 약 9.1%와 10.2%로 나머지 슬릿의 평균 상대오차 3.4% 보다 매우 높게 나타났기 때문에 상대오차를 줄이기 위해 외부 슬릿의 폭에 따른 영향 검토가 필요하다고 판단 된다.

3.3 외부 슬릿

Figure 7은 유량 0.0867 m³/s 조건에서 외부 슬릿 폭에 따른 유속분포 해석 결과이다. 해석결과 외부 슬릿의 두께 가 좁을수록 유동의 균일도가 향상되는 것으로 나타났다.

입구 경계조건에서의 평균 압력은 case 0: 120.9 Pa, case o1: 348.47 Pa, case o2: 353.73 Pa, case o3: 938.53 Pa이 다. 전체 에어커튼 노즐의 평균유속을 기준으로 평균 상대 오차는 case 0: 15.8%, case o1: 3.76%, case o2: 3.8% &

case o3: 1.2%로 case o3는 case 0에 비해 약 13.2배 정도 향상되었다.

3.4 유입 풍량

Table 4과 같이 유입 풍량에 따라 해석한 결과로서 앞 절에서 해석 결과 유속 균일도가 가장 우수하게 나타난 case i3와 case o3의 형상으로 모든 case f0~case f7까지 모든 case에서 결과는 Figure 8에 나타내었다. 각 노즐별로 17개 외부 슬릿의 평균 속도를 계산하였으며, 이 계산된 평 균 속도를 이용하여 구한 상대오차의 평균값은 1.10%~

1.47%, 상대오차의 최대값은 8.14%~9.90% 범위로 고려 한 송풍기 풍량에 대하여 각 노즐에서의 속도 분포의 영향 이 비슷한 것을 확인할 수 있었다. 입구 경계조건에서의

Figure 6. Distributions of jet for various inner slits. Figure 8. Distributions of jet for various air flows.

Figure 7. Distributions of jet for various outer slits.

평균 압력은 case f0: 1448.05 Pa, case f1: 210.7 Pa, case f2: 831.72 Pa, case f3: 1885.22 Pa, case f4: 3426.03 Pa, case f5: 5544.66 Pa, case f6: 8360.37 Pa, case f7: 12067.18 Pa이다. 따라서 차연도어 에어커튼 노즐로 유입되는 유량 의 크기는 외부 슬릿의 유속 균일도에는 크게 영향을 미치 지 않는 것으로 나타났다.

3.5 최종 에어커튼 노즐 설계

앞 절들에서 외부 슬릿의 유동 균일도 향상시킬 수 있는 해석 조건들은 Table 5과 같으며, 이 조건들을 시뮬레이션 해석 조건으로 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다.

해석결과 외부 슬릿의 평균 상대오차는 1.47%로 간격이 조밀하게 타공한 내부 슬릿 추가하여 해석한 결과(case i3) 보다 약 43%, 내부 슬릿 추가 없이 외부 슬릿의 두께를 3.0 mm로 고려하여 해석한 결과(case o3) 보다 약 8.9%

평균 상대오차 기준으로 향상되었음을 확인하였다. Table 6은 각각의 외부 슬릿의 유속을 보여주고 있다.

3.6 실험검증

해석한 결과에 근거하여 선정한 최종 형상을 시제품으 로 제작하여 CFD와 동일한 환경에서 시험 후 비교 검토 를 하도록 한다. 시험을 위한 형상에 대한 정보는 Figure 3와 같다. 송풍기는 HAE SUNG LK-803S 모델⁽¹¹⁾로 송풍 기 주파수를 30 Hz로 설정하여 사용 하였다. 외부 슬릿의 유속 측정은 3개의 열선풍속계를 1 set로 1분간 외부 슬릿 의 출구에서 측정하였으며, 총 측정 포인트는 48개로 1개 외부 슬릿에 3개 포인트가 위치하도록 하였다. 총 17개 슬

릿으로 51개 측정 포인트가 아니고 48개인 이유는 첫 번 째와 마지막 슬릿은 슬릿의 길이가 짧기 때문이다. 또한 측정오차를 줄이기 위해 동일한 조건에서 3회 반복 시험 하였으며, 3회 시험한 유속의 평균값을 시험 값으로 사용 한다. Figure 9는 외부 슬릿에서의 유속 측정 사진을 보여 주고 있다.

48개 측정 포인트에서 3번의 반복 측정한 유속의 평균 값을 17개의 외부 슬릿으로 정리한 시험결과와 CFD 해석 결과인 유속 분포는 Figure 10과 같다. 17개의 평균 유속 은 시험 결과 31.30 m/s, CFD 해석 결과 31.06 m/s로 상 대오차는 0.8%로 매우 유사함을 확인할 수 있었다. 그러 나 각각의 외부 슬릿을 기준으로 상대오차를 비교하면 최 소 0.14%, 최대 15.0%이다. 이같이 최소/최대 오차범위가 크게 발생한 이유는 Hot wire 측정 위치와 내부 슬릿 타공 홀의 위치의 차이에 의해 발생한 것으로 판단된다. 반면 CFD 해석 결과는 각각의 슬릿에서 유사한 유속 분포를 보 이는데 이는 시험과 같이 특정 포인트의 유속 값이 아닌, 전체면적의 평균 유속 값이다. 따라서 시험에서 발생할 수 있는 환경적인 변수를 고려하여 판단할 경우, 수치해석 결

Table 6. Velocity at Outer Slit

Slit # Velocity [m/s] Slit # Velocity [m/s]

1 28.20 10 31.60

2 30.69 11 31.46

3 31.10 12 31.40

4 31.37 13 31.39

5 31.57 14 31.49

6 31.49 15 31.54

7 31.68 16 31.78

8 31.71 17 31.97

9 31.62 Average 31.30 Table 5. Setting Conditions for Final Designed Nozzle

Setting conditions Case Air flow 5.2 [m³/min] Case 0o

Inner slit Case i3

Outer slit 60.0 * 3.0 [mm] Case o3

Figure 10. Comparison of air velocities at nozzle obtained from tests and analysis.

Figure 9. Measurement of air velocities at outlet of final designed nozzle.

과와 매우 유사한 경향을 보인다.

4. 결 론

화재발생시 가장 큰 인명피해를 유발시키는 연기가 안 전한 구역으로의 유입되는 것을 차단하기 위해 방화문 등 출입구에 설치되는 에어커튼 노즐의 최적 설계를 수행하 였다. 이러한 목적을 위하여 모델링, 수치해석, 제품 제작 및 시험을 통한 검증 등이 수행되었다. 연기유입을 차단하 기 위한 에어커튼 노즐의 설계시 유의해야할 점은 외부로 배출되는 유동이 편심되지 않고 균일해야한다는 점이다.

본 연구에서는 에어커튼 노즐의 슬릿을 통하여 유동이 균 일하게 배출 유동의 균일성을 목표로 에어커튼 노즐의 형 상 최적화 수치해석을 수행하였다. 이를 위하여 유입 유량, 내부 슬릿 형상, 외부 슬릿 두께 등을 변수로 고려하여 다 양한 조건별로 수치해석을 수행하여 최종 형상을 선정하 였다. 또한 최종 형상을 시제품으로 제작하여 수치해석 결 과와 비교 검증하였다. 모든 슬릿의 평균 속도에 대한 시 험과 수치해석 결과의 상대오차는 1% 미만으로 매우 일 치하는 경향을 보였다. 본 연구에서 설계된 노즐을 이용하 여 연기차단 효과를 검토할 예정이다.

후 기

본 논문은 한국철도기술연구원의 “미분무수-공기제트 복합 분사 차연 모듈 개발” 과제의의 연구비지원으로 발 간되었습니다.

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