The Analysis of Fire-Driven Flow and Temperature in The Railway Tunnel with Ventilation

환기를 동반한 철도터널 화재 연기유속 및 온도장 해석

Fire-driven flow and temperature distribution in a ventilated tunnel was analyzed by Large Eddy Simulation using FDS code. The simulated tunnel is 182m length, 5.4m wide and 2.4m height. A pool fire was located 112m from tunnel entrance and was taken as a heat source of $0.89m^2$. The heat is assumed to be released uniformly throughout the whole simulated time. The fire strength was 2.76MW and the fuel burnt was octane. The parallel computational method was employed to accelerate the computing time and manage the large grid points which is not possible to handle in the one CPU. The total grid points used were $2.4{\times}10^6$ and 7 CPUs were used to calculate the momentum and energy equations. The simulated results were well compared with the experiments.

2006년에 고시가 된 "철도시설 안전세부기준"(건설교통부고시 제2006-395호)에 의하면 1km 이상의 철도터널을 건설할 경우 철도터널에 대한 화재 시뮬레이션을 수행하여 철도터널 내부의 화재에 대한 안전성 분석을 실시하도록 되어있다. 철도터널에서 화재에 대한 안전성 분석을 하기 위해서는 실험적 방법과 수치해석을 이용한 방법이 있는데, 본 연구에서는 수치해석적 방법을 이용하여 터널에서의 화재유동 및 온도장 분포를 해석하였으며, 실험 결과와 비교하여 수치해석의 신뢰성 정도를 분석하였다. Fletcher 등이 수행한 모형 터널 실험을 대상으로 수치해석을 수행하였다. 터널 모형은 길이 182m, 높이 2.4m, 폭 5.4m으로 이루어져 있으며, 수치해석에서도 실험과 동일한 상황을 가정하여 해석을 하였다. 화재가 발생한 부분은 터널의 입구로부터 112m 지점이며, pool fire를 사용하였다. 화재 강도는 약 2.76MW이며, 화원으로써는 Octane을 사용하였다. 수치해석을 위하여 LES 기법을 이용한 FDS (Fire Dynamics Simulator)를 사용하였으며, 본 연구에서는 계산 속도를 증속시키고, 단일 CPU에서는 처리가 곤란한 격자수를 처리하기 위하여 여러 개의 CPU를 사용하는 병렬 처리 기법을 활용하였다. 본 연구에서 사용된 총 격자의 개수는 2.4백만개 이며, 사용된 CPU수는 7개 이다. 수치해석 결과와 실험 결과를 비교 분석하여 수치해석의 신뢰성과 FDS의 철도터널 안전성 분석에의 활용 가능성에 대하여 논하였다.