Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analysis of Correclations between Flow Rate, Pressure and Average Size of Droplet with Hydraulic Diameter of Water Curtain Nozzle

수막설비용 노즐의 수력직경 변화에 따른 방사유량, 방사압 그리고 액적의 평균 크기 상관관계 분석

  • Park, Jung Wook (Division of Architecture & Fire Safety, Dong Yang University) ;
  • Shin, Yeon Je (Division of Architecture & Fire Safety, Dong Yang University) ;
  • You, Woo Jun (Division of Architecture & Fire Safety, Dong Yang University)
  • 박정욱 (동양대학교 건축소방안전학과) ;
  • 신연제 (동양대학교 건축소방안전학과) ;
  • 유우준 (동양대학교 건축소방안전학과)
  • Received : 2020.02.03
  • Accepted : 2020.04.03
  • Published : 2020.04.29
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this study, the correlations between flow rate, exhaust pressure, and droplet mean diameter with the shape factor of a water curtain nozzle were investigated. To analyze the flow coefficient and the distribution constant on the effects of the hydraulic diameter, five nozzles (D5W3, D5W6, D5W8, D4W6, and D7W6) were mocked up with a consideration of the internal diameter and width. The results showed that the flow coefficient increased in proportion to the constant 0.79 and 62.8 of the hydraulic diameters according to the diameter. As the nozzle width increased, the average droplet size decreased to the -0.235 exponential of the pressure. The average volume was reduced, in which the size distribution of the volume indeterminate decreased with increasing pressure for the same nozzle of the water-curtain. The distribution constants of droplet increased in proportion to the 0.258 exponential of the hydraulic diameter and 244.21. These results are expected to be useful to the design of pressure, flow meter, and average droplet size from a water curtain nozzle to predict the flow characteristics.

본 연구에서는 수막설비에 사용되는 워터커튼 노즐의 형상 인자 변화에 따른 분사압력과 방사유량 그리고 액적의 평균크기의 상관관계를 분석하였다. 이를 위해서 노즐의 내부 직경과 폭을 변화한 총 5개(D5W3, D5W6, D5W8, D4W6 그리고 D7W6) 각각의 노즐을 제작하였으며, 액적 측정 실험 장치를 구성하여 노즐의 수력직경 변화에 따른 유량 계수와 액적의 분포 상수를 반복실험을 통하여 산출하였다. 그 결과 유량계수는 노즐의 직경과 폭이 증가함에 따라 수력직경의 0.79 지수승과 62.8의 상수값에 비례하여 증가하는 것으로 나타났으며, 평균 액적의 크기는 분사 압력의 -0.235 지수승의 크기로 감소하였다. 특히, 본 연구에서 정의한 액적의 분포상수는 수력 직경의 0.258 지수승과 244.21의 크기에 비례하여 증가하는 것으로 나타났으며, 동일 워터커튼 노즐에 대해서 분사압력의 크기가 증가할수록 평균 액적의 크기가 감소하는 것을 검증하였다. 본 연구 결과는 수막설비용 노즐의 형상 설계에 따른 유동 특성을 예측하기 위한 노즐의 분사압력, 방사유량 그리고 평균 액적크기의 설계 자료로 활용이 유용할 것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. J. G. Quintiere, "Fundamentals of fire phenomena", p.439, John Wiley & Sons, 2006, pp.439 DOI: http://dx.doi.org/10.1002/0470091150
  2. N. Semenov, "Chemical Kinetics and Chain Reactions", p.480, Oxford, 1935, pp.480 DOI: https://doi.org/10.1038/151185a0
  3. D. A. Frank-Kamenetskii, "Diffusion and Heat Exchange in Chemical Kinetics", p. 370, Princeton, pp. 370 DOI: http://dx.doi.org/10.1515/9781400877195
  4. S. Arrhenius, "On the reaction velocity of the inversion of cane sugar by acids", Zeitschrift fur physikalische Chemie, Vol.4, pp. 226ff, 1889. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-08-012344-8.50005-2
  5. R. Viskanta, C. C. Tseng, "Spectral radiation characteristics of water sprays", Combustion Theory and Modelling, Vol.11, No.1, pp.113-125, Feb. 2007. DOI: https://doi.org/10.1080/13647830600823175
  6. H. Kung, "A Mathematical Model of Wood Pyrolysis", Combustion and Flame, Vol.18, No.2, pp. 185-195, Apr. 1972. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0010-2180(72)80134-2
  7. G. Heskestad, "Scaling the interaction of water sprays and flames", Fire Safety Journal, Vol.37, No.6, pp.535-548, Sep. 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S0379-7112(02)00012-7
  8. F. Tamanini, "A Numerical Model for One-Dimensional Heat Conduction with Pyrolysis in a Slab of Finite Thickness", in Appendix A of Factory Mutual Research Corporation Report No. 21011.7, Factory Mutual Research, USA. DOI: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(79)80103-4
  9. W. Yang, T. Parker, H. D. Ladouceur, R. J. Kee, "The interaction of thermal radiation and water mist in fire suppression", Fire safety journal, Vol.39 No.1 pp.41-66, Feb. 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2003.07.001
  10. W. J. You, H. S. Ryou, "Development and application of a simplified radiative transport equation in water curtain systems", Fire Safety Science, Vol. 96, pp.124-133, Mar. 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2017.11.002
  11. W. J. Parker, "Prediction of the Heat Release Rate of Douglas Fir", Proceedings of the Second International Symposium, Fire Safety Science, New York, pp.337-346, 1989. DOI: http://dx.doi.org/10.3801/IAFSS.FSS.2-337
  12. K. B. McGrattan, R. J. McDermott, C. G. Weinschenk, G. P. Forney, "FDS Technical Reference guide", p.309, NIST, 2013, Sixth Edition, pp.309 DOI: https://doi.org/10.6028/NIST.sp.1018