KR102002845B1 - Device for testing visualization of smoke movement using tunnel reduction model - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모의화재 연기의 성층화를 유지하며 열기류의 특성(예: 역류현상, 유동성)을 직관적으로 확인할 수 있고, 실제 터널과 유사한 터널축소모형을 제작하여 제연설비 또는 배연설비의 성능을 평가할 수 있는 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치에 관한 것으로, 레이저광이 투과 가능한 투명재질로 구현되며, 축소비가 실제 터널 원형의 1/40 이상, 1/50 이하인 터널축소모형과; 상기 터널축소모형 내부에서 발생하는 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 처리하는 모의화재 처리부를 포함한다.The present invention can intuitively confirm the characteristics (for example, reverse flow phenomenon and fluidity) of a hot stream while maintaining the stratification of the simulated fire smoke, and can evaluate the performance of a smoke or smoke exhaust facility by producing a tunnel shrinkage model similar to an actual tunnel The present invention relates to a tunnel visualization experiment apparatus using a tunnel reduction model, which is realized by a transparent material capable of transmitting laser light and has a reduction ratio of 1/40 or more and 1/50 or less of a real tunnel shape; And a simulated fire processor for processing the flow visualization image of the simulated fire smoke generated in the tunnel shrinkage model.
Description
본 발명은 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for visualizing flow visualization of a simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model.
교통수단의 고급화와 고속화가 이루어지면서 도로교통의 수요자인 시민들은 더욱 빠른 교통체계를 요구하고 있다. 이에 최근 추진되는 도로 건설은 도로망을 격자화하여 구성하고 격자화된 도로는 가능한 한 직선화하고 있다. 전 국토의 70% 이상이 산악지대를 이루고 있는 우리나라에서 도로건설을 격자화하고 직선화하기 위해 터널과 교량의 수가 급증하고 있다. 건설기술의 향상과 더불어 나타나고 있는 터널 건설의 특징은 터널의 장대화를 추진하고 있다는 점이다. 터널의 장대화는 터널의 직선화에 매우 긍정적으로 작용하여 교통 소통의 원활에 크게 이바지하고 있다. 그러나 유럽 알프스산맥의 최고봉인 몽블랑을 관통하여 이탈리아와 프랑스를 연결시켜주는 몽블랑 터널 화재와 같은 위급상황이 발생하게 되면 많은 인명피해가 발생할 수 있기 때문에 터널의 제연성능 및 배연성능을 면밀히 검토해야 한다. As the means of transportation are becoming more sophisticated and faster, citizens who are demanders of road traffic are demanding faster transportation systems. Recently, road construction has been constructed by gridding road networks and lattice roads are being straightened as much as possible. The number of tunnels and bridges is rapidly increasing in Korea, where more than 70% of the country is mountainous, in order to grasp and straighten road construction. The characteristics of the tunnel construction that is evolving along with the improvement of the construction technology are that the tunnel talks are going on. Tunnel field conversation has a very positive effect on the straightening of the tunnel, thus contributing to smooth traffic communication. However, if an emergency such as the Mont Blanc tunnel fire that connects Italy and France through Mont Blanc, the highest peak of the European Alps, occurs, it may cause a lot of casualties. Therefore, the performance of the tunnel and the performance of the flue gas should be examined carefully.
기존에는 터널의 제연성능 및 배연성능을 검증하기 위한 화재모의실험이 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 방식으로만 이루어졌다. 이에 터널 구배 및 터널 내부의 연기 유동 상태 등등 실제 조건 이외에 수많은 가정치들을 적용하여야 하는 번거로움이 있었다. 실제 터널을 축소하여 제조한 모형터널을 이용하여 화재모의실험을 수행해 얻은 데이터에 비해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 화재모의실험 데이터의 정확도가 떨어짐에 따라 신뢰도가 크게 저하되는 등의 문제점도 있었다.Previously, fire simulations to verify the ventilation performance and smoke performance of tunnels were made only by computer simulation method. Therefore, it is troublesome to apply a large number of parameters other than the actual conditions such as the tunnel gradient and the smoke flow state inside the tunnel. Compared to the data obtained by simulating a fire tunnel using a model tunnel produced by reducing the actual tunnel, there is a problem that the accuracy of the fire simulation data using computer simulation is lowered and the reliability is significantly lowered.
한편, 철도시설 기술기준 제7조(본선 터널의 안정성 분석 등)에 의거 10km 이상의 터널에 제연설비 또는 배연설비를 설치할 때에는 터널축소모형을 이용한 모의화재실험을 실시하여 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 대해 검증하고 보완해야 한다. 이에 따라 실제 터널과 유사한 터널축소모형을 제작하여 제연설비 또는 배연설비의 성능을 평가하거나 모의화재 연기의 성층화를 유지하며 열기류의 특성(예: 역류현상, 유동성)을 직관적으로 확인할 수 있는 장치가 요구되고 있다.On the other hand, when installing the ventilation equipment or the ventilation equipment in the tunnel of 10 km or more in accordance with Article 7 (Stability Analysis of the Main Tunnel etc.) of the Railway Facilities Technical Standard, simulated fire tests using the tunnel reduction model were conducted to verify and supplement the results of the computer simulation Should be. Therefore, it is necessary to build a tunnel-scale model similar to actual tunnels to evaluate the performance of the ventilation system or the smoke-free system, to maintain the stratification of the simulated fire smoke, and to intuitively identify the characteristics of the heat flow (for example, backflow phenomenon and fluidity) .
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 모의화재 연기의 성층화를 유지하며 열기류의 특성(예: 역류현상, 유동성)을 직관적으로 확인할 수 있는 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치를 제공한다.The present invention has been proposed in the above background and it is an object of the present invention to provide a flow visualization experiment device for a simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model which intuitively confirms the characteristics (for example, reverse flow phenomenon and fluidity) Lt; / RTI >
또한, 본 발명은 실제 터널과 유사한 터널축소모형을 제작하여 제연설비 또는 배연설비의 성능을 평가할 수 있는 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an apparatus for simulating the flow visualization of a simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model capable of evaluating the performance of a smoke exhausting facility or a smoke exhausting facility by producing a tunnel shrinking model similar to an actual tunnel.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description of the embodiments.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치은, 레이저광이 투과 가능한 투명재질로 구현되며, 축소비가 실제 터널 원형의 1/40 이상, 1/50 이하인 터널축소모형과; 상기 터널축소모형 내부에서 발생하는 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 처리하는 모의화재 처리부를 포함한다.In order to achieve the above object, the apparatus for simulating flow visualization of a simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model according to the present invention is implemented with a transparent material capable of transmitting laser light, wherein the shrinkage ratio is 1/40 or more of the actual tunnel shape, / Tunnel less than 50; And a simulated fire processor for processing the flow visualization image of the simulated fire smoke generated in the tunnel shrinkage model.
본 발명에 따른 터널축소모형은 터널 내부 모형과, 상기 터널 내부 모형과 탈, 부착 가능하게 결합하는 경사터널 모형과; 상기 터널축소모형을 지지하며 상기 터널축소모형의 경사각 조절이 가능한 하부지지대를 포함한다. 또한, 터널축소모형은 아크릴 수지로 구현될 수 있다.The tunnel shrinkage model according to the present invention includes an inner tunnel model, an inclined tunnel model that is detachably coupled to the inner tunnel model, And a lower support supporting the tunnel reduction model and capable of adjusting the inclination angle of the tunnel reduction model. Also, the tunnel shrinkage model can be realized with acrylic resin.
본 발명에 따른 모의화재 처리부는 터널축소모형 내부에 모의화재 실험을 위해 연기를 발생시키는 연기 발생기와, 상기 연기 발생기에 의해 발생된 연기를 가열하여 열부력이 발생하도록 하는 연기 가열장치와; 상기 경사터널 모형에 설치되며 급기 또는 배기를 위한 측류팬과, 상기 측류팬을 구동하는 팬 구동부와;The simulated fire-treating unit according to the present invention includes a smoke generator for generating smoke for a simulated fire test in a tunnel shrinkage model, a smoke heating device for generating heat buoyancy by heating the smoke generated by the smoke generator, A side fan disposed in the inclined tunnel model for supplying or exhausting air; a fan driving unit driving the side fan;
상기 터널축소모형을 지지하는 하부지지대에 고정되며, 상기 터널축소모형의 전 구간에 대하여 1m 이상, 2m 이하의 이격거리를 갖도록 설치되는 복수의 레이저모듈과; 상기 터널축소모형을 지지하는 하부지지대에 고정되고 상기 터널축소모형의 전 구간에 대하여 상기 복수의 레이저모듈과 1:1로 대응되게 설치되며, 상기 터널축소모형 내부의 영상을 촬영하는 복수의 카메라모듈와;A plurality of laser modules fixed to a lower support for supporting the tunnel shrinkage model and installed so as to have a separation distance of 1 m or more and 2 m or less with respect to all sections of the tunnel shrinkage model; A plurality of camera modules mounted on a lower support for supporting the tunnel shrinkage model and installed in a 1: 1 relationship with the plurality of laser modules with respect to all sections of the tunnel shrinkage model, ;
상기 복수의 카메라모듈 및 복수의 레이저모듈과 연결되며 제어신호 및 데이터를 송수신하는 장치 인터페이스부와; 상기 장치 인터페이스부를 통해 복수의 카메라모듈로부터 전송된 영상 데이터를 동기화하여 상기 터널축소모형의 전 구간에 대한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 생성하여 저장하고 디스플레이장치에 표시하는 영상데이터 처리부를 포함한다.A device interface unit connected to the plurality of camera modules and the plurality of laser modules and transmitting and receiving control signals and data; And an image data processing unit for generating and displaying a flow visualized image of simulated fire smoke for all sections of the tunnel reduction model by synchronizing image data transmitted from a plurality of camera modules through the apparatus interface unit and displaying the generated visualized image on a display device.
본 발명에 따른 모의화재 처리부는 터널축소모형 내부 주요부분의 풍속을 측정하는 복수의 풍속계와; 상기 터널축소모형 내부 주요부분의 압력을 측정하는 복수의 차압계와; 상기 터널축소모형의 주요부분 온도를 측정하는 온도측정장치와;The simulated fire-treating unit according to the present invention includes a plurality of anemometers for measuring a wind speed of a main part of a tunnel shrinkage model; A plurality of differential pressure gauges measuring pressures in a main portion of the tunnel shrinkage model; A temperature measuring device for measuring a main part temperature of the tunnel shrinkage model;
상기 온도측정장치와 차압계와 풍속계로부터 데이터를 입력받아 저장하는 데이터 로거(logger)와; 상기 데이터 로거(logger)에 저장된 데이터를 이용하여 상기 측류팬을 통과하는 유량을 산출하고 상기 터널축소모형의 제연성능 또는 배연성능을 평가하는 데이터 분석처리부를 더 포함한다.A data logger for receiving and storing data from the temperature measuring device, the differential pressure gauge and the anemometer; And a data analysis processor for calculating a flow rate passing through the side flow fan using the data stored in the data logger and evaluating the smoke emission performance or the smoke emission performance of the tunnel reduction model.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the flow visualization experiment apparatus of simulated fire smoke using the tunnel reduction model according to the present invention has the following effects.
첫째, 레이저광이 투과 가능한 투명재질로 구현되며, 축소비가 실제 터널 원형의 1/40 이상, 1/50 이하인 터널축소모형과, 상기 터널축소모형 내부에서 발생하는 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 처리하는 모의화재 처리부를 포함하여 구현됨으로써, 모의화재 연기의 성층화를 유지하며 열기류의 특성(예: 역류현상, 유동성 등)을 직관적으로 확인할 수 있다.First, a tunnel shrinkage model in which the shrinkage ratio is 1/40 or more and 1/50 or less of the actual tunnel shape and the flow visualization image of the simulated fire smoke generated in the tunnel shrinkage model is processed , It is possible to intuitively confirm the characteristics (for example, backflow phenomenon, fluidity, etc.) of the heat flow while maintaining the stratification of the simulated fire smoke.
둘째, 온도측정장치와 차압계와 풍속계로부터 데이터를 입력받아 저장하는 데이터 로거(logger)에 저장된 데이터를 이용하여 측류팬을 통과하는 유량을 산출하고 터널축소모형의 제연성능 또는 배연성능을 평가하는 데이터 분석처리부를 포함하여 구현됨으로써, 실제 터널과 유사한 터널축소모형을 제작하여 제연설비 또는 배연설비의 성능을 평가할 수 있다.Second, data flow that calculates the flow rate through the side flow fan using the data stored in the data logger that receives and stores the data from the temperature measuring device, the differential pressure gauge and the anemometer, and evaluates the ventilation performance or the smoke performance of the tunnel reduction model A tunnel reduction model similar to an actual tunnel can be constructed to evaluate the performance of the smoke ventilation facility or the smoke exhaustion facility.
셋째, 터널축소모형은 아크릴 수지로 구현됨으로써 120m 이상 150m 이하의 길이를 갖는 터널축소모형을 구현하더라도, 내구성(예: 뒤틀림 방지)이 뛰어나고 제작 단가가 저렴하며 시공이 편리하다.Third, the tunnel shrinkage model is realized with acrylic resin, so that even if a tunnel shrinkage model having a length of 120 m or more and 150 m or less is implemented, it is excellent in durability (for example, prevention of warping), low production cost and convenient in construction.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 은 터널축소모형 대상이 되는 터널을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 는 터널축소모형의 전 구간에 대한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 나타낸다.
도 5 는 터널축소모형의 전 구간에 대한 3차원 수치해석 영상을 나타낸다.
도 6 내지 도 9 는 경사터널 내 측류팬 운전모드(급기 or 배기)를 설명하기 위한 예시도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, And should not be construed as limiting.
1 is an exemplary view for explaining a tunnel to be a tunnel reduction model object.
FIG. 2 is an exemplary view for explaining a configuration of a flow visualization experiment apparatus for simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model according to a first embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view for explaining a configuration of a flow visualization experiment apparatus for simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a flow visualization image of the simulated fire smoke over the entire section of the tunnel reduction model.
FIG. 5 shows a three-dimensional numerical analysis image of the entire tunnel narrowing model.
Figs. 6 to 9 are illustrations for explaining a side-to-side fan operation mode (supply or exhaust) in an inclined tunnel.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there are features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described herein, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless expressly defined herein Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the present embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.
도 1 은 터널축소모형 대상이 되는 터널을 도시한 것으로, 원주∼강릉 대관령터널이다. 터널의 총 길이는 21,755m이며, 경사터널 총 개수는 4개이다. 경사터널까지의 터널 경사도는 -24(‰)이며, 경사터널 구간의 경사도는 -7(‰)이다. 본 발명에 사용되는 터널축소모형은 경사터널 2부터 4까지를 포함하는 7,500m 구간이다. 경사터널(slant tunnel)은 터널 안의 바닥면과 터널 외부의 지표면이 직접 연결되어 사람이나 차량이 이동할 수 있도록 수평하게 또는 일정한 경사를 이루게 설치된 대피 통로이다.Fig. 1 shows a tunnel to be a target of a tunnel reduction model, and is a tunnel from Wonju to Gangneung Daegwallyeong Tunnel. The total length of the tunnel is 21,755m and the total number of sloped tunnels is four. The slope of the tunnel to the slope tunnel is -24 (‰), and the slope of the slope tunnel section is -7 (‰). The tunnel reduction model used in the present invention is a section of 7,500 m including
터널축소모형의 축소비는 실제 터널 원형의 1/40 이상, 1/50 이하로 구현되며, 레이저광이 투과 가능한 투명재질로 구현되어야 한다. 또한, 터널축소모형은 120m 이상 150m 이하의 길이를 갖는 터널축소모형을 구현하더라도, 내구성(예: 뒤틀림 방지)이 뛰어나고 제작 단가가 저렴하며 시공이 편리해야 한다. 일례로, 터널축소모형은 아크릴 수지로 구현된다.The reduction ratio of the tunnel reduction model is realized to be 1/40 or more, 1/50 or less of the actual tunnel shape, and it should be realized with a transparent material which can transmit laser light. In addition, even if a tunnel reduction model having a length of 120 m or more and 150 m or less is implemented, the tunnel reduction model should have excellent durability (for example, prevention of warping), low manufacturing cost, and convenient construction. For example, the tunnel shrinkage model is implemented with acrylic resin.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치의 구성을 설명하기 위한 예시도이다. FIG. 2 is an exemplary view for explaining a configuration of a flow visualization experiment apparatus for simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model according to a first embodiment of the present invention.
터널축소모형은 터널 내부 모형(211)과, 터널 내부 모형(211)과 탈, 부착 가능하게 결합하는 경사터널 모형(212)을 포함한다. 도 2에는 도시하지 않았지만, 하부지지대가 터널축소모형을 지지하도록 설치된다. 하부지지대는 터널축소모형의 경사각 조절이 가능하도록 구현될 수 있다.The tunnel shrinkage model includes an
본 발명에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치는 터널축소모형 내부에서 발생하는 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 처리하는 모의화재 처리부를 포함한다. 모의화재 처리부는 도 2에 도시한 바와 같이, 연기발생장치(221-1, 221-2), 팬 구동부(222-1, 222-2), 복수의 레이저모듈(223-1, 223-2, 223-3,…223-n), 복수의 카메라모듈(224-1, 224-2, 224-3,…224-n), 장치 인터페이스부(225), 및 영상데이터 처리부(226)를 포함하여 구현될 수 있다. The apparatus for simulating flow visualization of a simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model according to the present invention includes a simulated fire processor for processing a visualized flow visualization of a simulated fire smoke occurring inside a tunnel shrinkage model. As shown in FIG. 2, the simulated fire processor includes smoke generators 221-1 and 221-2, fan drives 222-1 and 222-2, a plurality of laser modules 223-1 and 223-2, 223-3, ... 223-n, a plurality of camera modules 224-1, 224-2, 224-3, ... 224-n, an
연기발생장치(221-1, 221-2)는 터널 내부 모형(211)에 연기를 공급하는 장치로서, 도 2에서 화원(火原)으로 표시한 부분이 모의화재 연기가 발생하는 지점이다. 연기발생장치(221-1, 221-2)는 터널축소모형 내부에 모의화재 실험을 위해 연기를 발생시키는 연기 발생기와, 상기 연기 발생기에 의해 발생된 연기를 가열하여 열부력이 발생하도록 하는 연기 가열장치를 포함하여 구현될 수 있다.The smoke generators 221-1 and 221-2 are devices for supplying smoke to the tunnel
경사터널 모형(212)에는 도 2에 도시하지 않았지만, 급기 또는 배기를 위한 측류팬이 설치된다. 팬 구동부(222-1, 222-2)는 측류팬을 구동하며, 실험 시 측류팬 풍량은 60∼70(㎥/s)이다.Although not shown in FIG. 2, the
복수의 레이저모듈(223-1, 223-2, 223-3,…223-n)은 터널축소모형을 지지하는 하부지지대에 고정되며, 터널축소모형의 전 구간에 대하여 1m 이상, 2m 이하의 이격거리를 갖도록 설치된다. The plurality of laser modules 223-1, 223-2, 223-3, ..., 223-n are fixed to a lower support supporting the tunnel reduction model, and are spaced at intervals of 1 m or more and 2 m or less And is set to have a distance.
복수의 카메라모듈(224-1, 224-2, 224-3,…224-n)은 터널축소모형을 지지하는 하부지지대에 고정되고 터널축소모형의 전 구간에 대하여 복수의 레이저모듈(223-1, 223-2, 223-3,…223-n)과 1:1로 대응되게 설치되며, 터널축소모형 내부의 영상을 촬영한다. 복수의 카메라모듈(224-1, 224-2, 224-3,…224-n)은 화각이 100도 이상, 150도 이하인 렌즈모듈을 포함하는 카메라모듈로 구현될 수 있다.The plurality of camera modules 224-1, 224-2, 224-3, ... 224-n are fixed to a lower support for supporting the tunnel reduction model and are provided with a plurality of laser modules 223-1 , 223-2, 223-3, ..., 223-n in a one-to-one correspondence manner, and captures an image inside the tunnel reduction model. The plurality of camera modules 224-1, 224-2, 224-3, ... 224-n may be implemented as a camera module including a lens module having an angle of view of 100 degrees or more and 150 degrees or less.
장치 인터페이스부(225)는 복수의 카메라모듈(224-1, 224-2, 224-3,…224-n) 및 복수의 레이저모듈(223-1, 223-2, 223-3,…223-n)과 신호선으로 연결되며 제어신호 및 데이터를 송수신한다.The
영상데이터 처리부(226)는 장치 인터페이스부(225)를 통해 복수의 카메라모듈(224-1, 224-2, 224-3,…224-n)로부터 전송된 영상 데이터를 동기화하여 터널축소모형의 전 구간에 대한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 생성하여 저장하고 디스플레이장치에 표시한다.The image
도 4를 참조하면, (a)는 화재강도가 15MW인 경우 제연풍속에 따른 모의화재 연기의 유동 가시화 영상이고, (b)는 화재강도가 20MW인 경우 제연풍속에 따른 모의화재 연기의 유동 가시화 영상이다. 제연풍속이 2.0(㎧) 이상인 경우 역류가 발생하지 않음을 시각적으로 바로 알 수 있다. FIG. 4 (a) is a flow visualization image of a simulated fire smoke according to the smoke-inducing wind speed when the fire intensity is 15 MW, (b) is a flow visualization image of the simulated fire smoke according to the smoke wind speed when the fire intensity is 20 MW to be. If the ventilation air velocity is 2.0 (㎧) or more, it is immediately visually recognized that no backflow occurs.
화재강도는 세차게 타오르는 불꽃의 강도로서, 정해진 시간동안 발생하는 에너지의 양으로 표시하기 위해 전력(POWER)의 단위로 표기된다. 도로터널 방재시설 설치 및 관리지침에 따르면, 차량 한 대가 갖고 있는 화재를 야기할 수 있는 힘인 화재강도는 승용차 5MW, 버스 20MW, 트럭 30MW, 가연성 물질이 실린 탱크로리 차량 100MW이다. 본 발명에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치를 통해 화재강도에 따라 역류가 발생하지 않는 제연풍속을 얻을 수 있다.Fire intensity is the intensity of a burning flame and is expressed in units of power (POWER) to indicate the amount of energy generated during a given time. According to the Road Tunnel Emergency Facilities Installation and Management Guidelines, the fire intensity that can cause a fire in a vehicle is 5MW for passenger cars, 20MW for buses, 30MW for trucks, 100MW for tank trucks containing combustible materials. The flow visualization experiment of the simulated fire smoke using the tunnel shrinkage model according to the present invention can obtain the smoke wind speed which does not cause the back flow according to the fire intensity.
도 5를 참조하면, (a)는 화재강도가 15MW, 제연풍속 1.65(㎧)인 경우 터널축소모형의 전 구간에 대한 3차원 수치해석 영상이고, (b)는 화재강도가 15MW, 제연풍속 1.70(㎧)인 경우 터널축소모형의 전 구간에 대한 3차원 수치해석 영상이고, (c)는 화재강도가 20MW, 제연풍속 1.75(㎧)인 경우 터널축소모형의 전 구간에 대한 3차원 수치해석 영상이고, (d)는 화재강도가 20MW, 제연풍속 1.80(㎧)인 경우 터널축소모형의 전 구간에 대한 3차원 수치해석 영상이다. 도 5의 (a) 내지 (d)에서 알 수 있듯이 수치해석 영상에서는 화재강도가 15MW, 제연풍속 1.70(㎧)인 경우 역류가 발생하지 않고, 화재강도가 20MW, 제연풍속 1.80(㎧)인 경우 역류가 발생하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 모의화재실험을 통해 얻은 결과와 3차원 수치해석 영상을 통해 얻은 결과를 비교했을 때, 유사한 결과를 얻었음을 알 수 있다. 5 (a) is a three-dimensional numerical analysis image of the tunnel reduction model in the case of a fire intensity of 15 MW and a smoke wind speed of 1.65 (k), (b) shows a fire intensity of 15 MW, a smoke wind speed of 1.70 (C) is a three-dimensional numerical analysis image of the whole section of the tunnel reduction model when the fire intensity is 20MW and the smoke wind speed is 1.75 (㎧) And (d) is a three-dimensional numerical analysis image of the entire tunnel reduction model when the fire intensity is 20 MW and the smoke wind speed is 1.80 (㎧). As can be seen from FIGS. 5A to 5D, in the numerical analysis image, when the fire intensity is 15 MW and the smoke wind speed is 1.70 (㎧), there is no back flow, the fire intensity is 20 MW and the smoke wind wind speed is 1.80 No reverse flow occurs. That is, it can be seen that similar results were obtained when comparing the results obtained from the simulation fire test according to the present invention and the results obtained from the 3D numerical analysis image.
본 발명의 모의화재 처리부는 도 2에 도시한 바와 같이, 터널축소모형 내부 주요부분의 풍속을 측정하는 복수의 풍속계와, 터널축소모형 내부 주요부분의 압력을 측정하는 복수의 차압계를 포함할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 온도측정장치(313)와 차압계(312)와 풍속계(311)로부터 데이터를 입력받아 저장하는 데이터 로거(logger)(314)와 데이터 분석처리부(315)를 더 포함하여 구현될 수 있다. As shown in FIG. 2, the simulated fire-treating unit of the present invention may include a plurality of anemometers for measuring the wind speed of the major part of the interior of the tunnel shrinkage model and a plurality of differential pressure gauges for measuring the pressure of the main part of the tunnel shrinkage model . 3, a
온도측정장치(313)는 터널축소모형의 주요부분 온도를 측정하는 것으로서, 열전대로 구현될 수 있다. 도 3을 참조하면, 복수의 열전대(A1 내지 A7)가 터널 내부 모형(211)과 경사터널 모형(212)에 설치될 수 있다. The
데이터 분석처리부(315)는 데이터 로거(logger)에 저장된 데이터, 즉 풍속과 압력과 온도를 이용하여 측류팬을 통과하는 유량을 산출하고 터널축소모형의 제연성능 또는 배연성능을 평가한다. 일례로, 경사터널 모형(211)에 설치되는 측류팬 설치공간의 최대온도가 133℃로 분석되어 측류팬을 보호하기 위한 별도의 대규모 냉각설비를 설치하지 않아도 작은 규모의 냉각장치만을 사용하더라도 내열기준을 만족할 수 있다는 결론을 얻을 수 있다.The data
도 6을 참조하면 (a)는 화재강도가 15MW, 하절기, 경사터널 2와 3 사이에 모의화재 발생, 제연방향이 강릉방향인 경우, 경사터널 2의 측류팬은 가동하지 않고, 경사터널 4의 측류팬을 통과하는 유량이 950(LPM)이 되도록 구동한 상태를 도시한다. 도 6의 (b)는 화재가 발생한 터널 내부(①, ②, ③, ④)와 경사터널 4(⑤, ⑥)를 카메라로 동시에 촬영한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상이다.6, (a) shows a simulated fire occurring between a fire intensity of 15 MW, a summer season, a slanting
화재가 발생한 터널 내부 영상(③)과 ①과 ②의 터널 내부 영상을 비교해 보면, 모의화재 연기가 제연방향 반대방향으로 역류하지 않음을 알 수 있다. 또한, 경사터널 영상(⑤, ⑥)을 비교해 보면, 경사터널 내 측류팬을 통해 충분히 배기됨을 알 수 있다.When the inside image (③) of the fire tunnel is compared with the tunnel inside image of ① and ②, it can be seen that the simulated fire smoke does not flow backward in the direction of the smoke. Also, when comparing the sloped tunnel images (⑤ and ⑥), it can be seen that they are sufficiently exhausted through the side fans in the sloped tunnels.
도 7을 참조하면 (a)는 화재강도가 15MW, 하절기, 경사터널 2와 3 사이에 모의화재 발생, 제연방향이 서원주방향인 경우, 경사터널 1, 2의 측류팬은 배기모드로 가동(총 유량 1,900LPM)하고, 경사터널 4의 측류팬은 급기모드(유량 950LPM)로 구동한 상태를 도시한다. 도 7의 (b)는 경사터널 2(①, ②)와 화재가 발생한 터널 내부(③, ④, ⑤, ⑥)를 카메라로 동시에 촬영한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상이다.Referring to FIG. 7, (a) shows a simulated fire occurring between the fire intensity of 15 MW and the summer, between the
화재가 발생한 터널 내부 영상(⑤)와 ⑥의 터널 내부 영상을 비교해 보면, 모의화재 연기가 제연방향 반대방향으로 역류하지 않음을 알 수 있다. 또한, 경사터널 2(①, ②)를 비교해 보면, 경사터널 내 측류팬을 통해 충분히 배기됨을 알 수 있다.When we compare the internal images of the tunnel (⑤) and the tunnel ⑥ of the fire, it can be seen that the simulated fire smoke does not flow backward in the direction of the smoke. Comparing the slope tunnels 2 (① and ②), it can be seen that they are sufficiently exhausted through the side fans in the sloping tunnel.
도 8을 참조하면 (a)는 화재강도가 15MW, 하절기, 경사터널 3와 4 사이에 모의화재 발생, 제연방향이 강릉방향인 경우, 경사터널 2의 측류팬은 가동하지 않고, 경사터널 4의 측류팬을 통과하는 유량이 950(LPM)이 되도록 구동한 상태를 도시한다. 도 8의 (b)는 화재가 발생한 터널 내부(①, ②, ③, ④)와 경사터널 4(⑤, ⑥)를 카메라로 동시에 촬영한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상이다.Referring to FIG. 8, (a) shows a simulated fire occurring between the fire intensity of 15 MW and the summer, between the
화재가 발생한 터널 내부 영상(②)과 ①의 터널 내부 영상을 비교해 보면, 모의화재 연기가 제연방향 반대방향으로 역류하지 않음을 알 수 있다. 또한, 경사터널 영상(⑤, ⑥)를 비교해 보면, 경사터널 내 측류팬을 통해 충분히 배기됨을 알 수 있다.When the inside image (②) of the fire tunnel and the inside tunnel image of ① are compared, it can be seen that the simulated fire smoke does not flow backward in the direction of the smoke. Comparing the slope tunnel images (⑤ and ⑥), it can be seen that the slope tunnel is sufficiently exhausted through the side fans.
도 9를 참조하면 (a)는 화재강도가 15MW, 하절기, 경사터널 3와 4 사이에 모의화재 발생, 제연방향이 서원주방향인 경우, 경사터널 1, 2의 측류팬은 배기모드로 가동(총 유량 1,900LPM)하고, 경사터널 4의 측류팬은 급기모드(유량 950LPM)로 구동한 상태를 도시한다. 도 9의 (b)는 경사터널 2(①, ②)와 화재가 발생한 터널 내부(③, ④, ⑤, ⑥)를 카메라로 동시에 촬영한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상이다.Referring to FIG. 9, (a) shows a simulated fire occurring between a fire intensity of 15 MW, a summer season and a
화재가 발생한 터널 내부 영상(④)와 ⑤의 터널 내부 영상을 비교해 보면, 모의화재 연기가 제연방향 반대방향으로 역류하지 않음을 알 수 있다. 또한, 경사터널 2(①, ②)를 비교해 보면, 경사터널 내 측류팬을 통해 충분히 배기됨을 알 수 있다.When the inside image (④) of the fire tunnel is compared with the inside image of tunnel (5), it can be seen that the simulated fire smoke does not flow backward in the direction opposite to the ventilation direction. Comparing the slope tunnels 2 (① and ②), it can be seen that they are sufficiently exhausted through the side fans in the sloping tunnel.
이와 같이, 본 발명에 따른 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치는 120m 이상 150m 이하의 길이를 갖는 터널축소모형을 구현하더라도, 내구성(예: 뒤틀림 방지)이 뛰어나고 제작 단가가 저렴하며 시공이 편리하고, 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 선명하게 확인할 수 있다.As described above, even if a tunnel shrinkage model having a length of 120 m or more and 150 m or less is implemented, durability (for example, prevention of warping) is excellent and manufacturing cost is low It is easy to construct, and the visualization of flow visualization of simulated fire smoke can be confirmed clearly.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.
Claims (3)
상기 터널축소모형은, 터널 내부 모형과, 상기 터널 내부 모형과 탈, 부착 가능하게 결합하는 경사터널 모형과; 상기 터널축소모형을 지지하며 상기 터널축소모형의 경사각 조절이 가능한 하부지지대를 포함하여 구성되고,
상기 모의화재 처리부는, 상기 터널축소모형 내부에 모의화재 실험을 위해 연기를 발생시키는 연기 발생기와, 상기 연기 발생기에 의해 발생된 연기를 가열하여 열부력이 발생하도록 하는 연기 가열장치와; 상기 경사터널 모형에 설치되며 급기 또는 배기를 위한 측류팬과, 상기 측류팬을 구동하는 팬 구동부와; 상기 터널축소모형을 지지하는 하부지지대에 고정되며, 상기 터널축소모형의 전 구간에 대하여 1m 이상, 2m 이하의 이격거리를 갖도록 설치되는 복수의 레이저모듈과; 상기 터널축소모형을 지지하는 하부지지대에 고정되고 상기 터널축소모형의 전 구간에 대하여 상기 복수의 레이저모듈과 1:1로 대응되게 설치되며, 상기 터널축소모형 내부의 영상을 촬영하는 복수의 카메라모듈와; 상기 복수의 카메라모듈 및 복수의 레이저모듈과 연결되며 제어신호 및 데이터를 송수신하는 장치 인터페이스부와; 상기 장치 인터페이스부를 통해 복수의 카메라모듈로부터 전송된 영상 데이터를 동기화하여 상기 터널축소모형의 전 구간에 대한 모의화재 연기의 유동 가시화 영상을 생성하여 저장하고 디스플레이장치에 표시하는 영상데이터 처리부를 포함하여 구성되는,
터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치에 있어서,
상기 경사터널 모형은 터널 안의 바닥면과 터널 외부의 지표면이 직접 연결되어 사람이나 차량이 이동할 수 있도록 수평하게 또는 일정한 경사를 이루게 설치된 대피 통로인 경사터널을 모사하며,
상기 경사터널 모형은 상기 터널내부모형에 복수개가 장착되며,
상기 복수의 경사터널 모형 사이의 터널내부 구간에서 모의화재 발생 지점과 화재강도가 설정되며,
상기 모의화재 발생 지점의 위치와 제연 방향에 따라 각 경사터널 모형에 설치된 측류팬이 급기, 배기, 미가동 중 하나의 상태로 구동되며,
상기 모의화재 연기의 유동 가시화 영상은 설정된 화재강도와 제연풍속 하에서 상기 모의화재 연기의 제연 반대 방향으로의 역류 여부를 도시하며,
성가 각 측류팬의 상태(급기, 배기, 미가동)와 상기 제연풍속 및 상기 화재강도의 조합을 통해 상기 역류가 발생하지 않는 조건이 확인되는 것을 특징으로 하는,
터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치.A tunnel shrinkage model in which the shrinkage ratio is 1/40 or more and 1/50 or less of that of the actual tunnel round and a simulated flow visualization image of the simulated fire smoke generated in the tunnel shrinkage model, And a fire processor,
The tunnel reduction model includes an inner tunnel model, an inclined tunnel model coupled to the tunnel inner model so as to be detachable and attachable, And a lower support for supporting the tunnel shrinkage model and capable of adjusting the tilt angle of the tunnel shrinkage model,
The simulated fire processor includes a smoke generator for generating smoke for a simulated fire test in the tunnel shrinkage model, a smoke heating device for heating the smoke generated by the smoke generator to generate thermal buoyancy, A side fan disposed in the inclined tunnel model for supplying or exhausting air; a fan driving unit driving the side fan; A plurality of laser modules fixed to a lower support for supporting the tunnel shrinkage model and installed so as to have a separation distance of 1 m or more and 2 m or less with respect to all sections of the tunnel shrinkage model; A plurality of camera modules mounted on a lower support for supporting the tunnel shrinkage model and installed in a 1: 1 relationship with the plurality of laser modules with respect to all sections of the tunnel shrinkage model, ; A device interface unit connected to the plurality of camera modules and the plurality of laser modules and transmitting and receiving control signals and data; And an image data processing unit for generating and displaying a flow visualized image of simulated fire smoke for all sections of the tunnel reduction model by synchronizing image data transmitted from a plurality of camera modules through the device interface unit, felled,
In a flow visualization experiment device of simulated fire smoke using a tunnel shrinkage model,
The sloped tunnel model simulates a sloped tunnel, which is an evacuation passage provided horizontally or at a constant slope so that the bottom surface of the tunnel and the ground surface outside the tunnel are directly connected to each other so that a person or a vehicle can move.
Wherein the plurality of the inclined tunnel models are mounted on the inner model of the tunnel,
A simulation fire point and a fire intensity are set in an interval between the plurality of slant tunnel models,
The side air fans installed in the respective inclined tunnel models are driven in a state of one of supply, exhaust and non-operation according to the position of the simulated fire point and the direction of the smoke,
The flow visualization image of the simulated fire smoke shows whether or not the simulated fire smoke flows backward in the direction opposite to the ventilation under the set fire intensity and the smoke wind speed,
Wherein the condition that the backflow does not occur is confirmed through the combination of the states (supply, exhaust, and un-operation) of the tangled angle side fans and the smoke-blowing wind speed and the fire intensity.
Experimental Study on Flow Visualization of Simulated Fire Smoke Using Tunnel Reduction Model.
상기 모의화재 처리부는:
상기 터널축소모형 내부 주요부분의 풍속을 측정하는 복수의 풍속계와;
상기 터널축소모형 내부 주요부분의 압력을 측정하는 복수의 차압계와;
상기 터널축소모형의 주요부분 온도를 측정하는 온도측정장치와;
상기 온도측정장치와 차압계와 풍속계로부터 데이터를 입력받아 저장하는 데이터 로거(logger)와;
상기 데이터 로거(logger)에 저장된 데이터를 이용하여 상기 측류팬을 통과하는 유량을 산출하고 상기 터널축소모형의 제연성능 또는 배연성능을 평가하는 데이터 분석처리부;
를 더 포함하는 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치.The method according to claim 1,
Wherein the simulated fire processor comprises:
A plurality of anemometers for measuring a wind speed of a main portion of the tunnel shrinkage model;
A plurality of differential pressure gauges measuring pressures in a main portion of the tunnel shrinkage model;
A temperature measuring device for measuring a main part temperature of the tunnel shrinkage model;
A data logger for receiving and storing data from the temperature measuring device, the differential pressure gauge and the anemometer;
A data analysis processing unit for calculating a flow rate through the side flow fan using data stored in the data logger and evaluating a smoke reduction performance or a smoke emission performance of the tunnel reduction model;
Experimental Study on Flow Visualization of Simulated Fire Smoke Using Tunnel Reduction Model.
상기 터널축소모형은 아크릴 수지로 구현되는 것,
을 특징으로 하는 터널축소모형을 이용한 모의화재 연기의 유동가시화 실험장치.
The method according to claim 1,
The tunnel shrinkage model is realized by an acrylic resin,
Experimental Study on Flow Visualization of Simulated Fire Smoke Using Tunnel Reduction Model.
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