Experimental and numerical studies have been done to examine the smoke spread in the early stage tunnel fire and also experimental studies have been done to examine smoke propagation characteristics in the transversely ventilated tunnel fire.
The smoke spread in the early stage tunnel fire: Smoke front velocities and characteristics of decent of smoke layer are examined as a function of fire size and the distance from the fire source. The 1/20 scale experiments are performed under the Froud scaling since the smoke spread in the tunnel fire is governed by buoyancy force. Thermocouples and visualization technique using a laser sheet are used to investigate the smoke front velocities in longitudinal direction and vertical spread of smoke. Smoke front velocities are suggested as a function of fire size and the distance from the fire source. Heat losses through tunnel wall, a computational model predicting extent of smoke clouds using CO concentration and varying volumetric heat sources are applied to the numerical simulation. The impact of heat losses through tunnel wall and fire size on the extent of CO clouds, which could convert to that of smoke clouds, has been analyzed.
Smoke propagation characteristics in the transversely ventilated tunnel fire: To determine the key features of the fire safety design in transversely ventilated tunnels, the smoke propagation characteristics are examined as a function of fire size, fire location and air flow rates of supply and exhaust. A 12 m long scale model of the Memorial tunnel, in which the scale-down ratio of the cross-section is 1/20, is used. Fire sizes and ventilation rates in real tunnels are then deduced from the Froude similarity. In general, it is found that the smoke propagating distance increases with the fire size and decreases with the exhaust ventilation rate. When the fire location is off-centered, the propagating distance becomes substantially larger than that of the centered fire with the same size. A hazardous situation generated from an imbalance between the supply rate and the exhaust rate is also observed. The results suggest that the smoke propagating distance and/or the smoke filling may serve as good criteria for determining the transverse ventilation rate.
화재초기에 환기설비가 작동되지 않은 상황에서의 연기거동특성을 모델터널 화재실험과 전산해석에 의해 연기선단 전파와 연층의 하강에 대한 특성을 파악하였으며, 횡류환기식 터널에 대한 모델터널화재 실험을 수행하여 설계개념으로 연기전파거리와 연기축적을 제안 하여 실제터널의 화재에 대비한 안전대책 수립에 기여 하고자 한다. 화재초기에 환기설비가 작동되지 않은 상황에서의 연기거동특성파악을 위해 원호형상 단면을 갖는 실험용 축소모델터널을 제작하고, 터널내에 설치된 열전대의 온도측정 과 연기거동 가시화실험을 수행하여 화재크기변화에 따른 연기의 거동을 파악하고 연기선단 속도를 계량화 하였으며 Laser beam sheet를 이용하여 연기전파 및 하강특성을 가시화 하였다. 실험 결과를 활용하여 열방출율(heat release rate, HRR)과 화원으로부터의 거리의 관계에 의해 연기선단 전파속도의 정규화 하였다. 전산해석은 화원을 균일분포의 열방출율(heat release rate, HRR) 과 반응물 생성량을 갖는 영역으로 모델링 하였으며, 연기의 추적자로 CO를 활용하고 터널벽면으로의 열전달을 고려한 해석을 수행한 후 실험결과와 비교에 의해검증하고 실험에서 파악하지 못한 연기거동 특성을 파악 하였다.
횡류환기식 터널에 대한 설계개념 제안을 위해 연기전파거리(smoke propagating distance)를 정의하였다. 즉 횡류환기식 터널에서 화재에 의해 생성된 연기는 주로 부력에 의해 상승하여 천장에 부딪힌 후 터널길이 방향으로 전파하게 되는데 이때 천장을 통하여 일정한 유량으로 연기가 배출되면 정상상태가 이루어지는 임의의 거리에서 연기의 선단이 멈추게 된다. 이것을 우선 연기전파거리(smoke propagating distance)로 정의 하고 횡류환기식 모델터널에 대한 화재실험을 수행하여 화재크기, 화재위치, 공급유량 과 배출량의 변화에 따른 연기전파특성을 규명 하였다. 이 결과에 근거하여 횡류환기식 터널에서 공급량, 배출량을 제어하기 위한 설계변수로 연기전파거리(smoke propagating distance)를 제안 하였다.
