목차

Ⅰ. 서론 2

Ⅱ. 도로터널 화재 관련 이론 및 연구 현황 3

1. 주요 터널 화재 사고 3

2. 터널화재 관련 이론적 고찰 5

가. 화재역학 5

나. 터널 화재 확산 CFD 모델 12

3. 연구방법 및 현황 36

가. 현장실험 36

① ofenegg tunnel (스위스. 1965) 36

② Zwenberg tunnel (오스트레일리아. 1975) 36

③ PWRI 실험 (일본. 1980) 36

나. 모델실험 37

① 목적 37

② 연구 37

다. 시뮬레이션 37

4. 국내연구현황 39

Ⅲ. 시뮬레이션 분석 40

1. 분석대상터널 40

2. 시뮬레이션 모델 개요 41

3. 분석조건 42

가. mesh 설정 42

나. 주요 입력자료 및 실행조건 45

다. 전열방사량 46

Ⅳ. 분석결과 47

1. 터널A 47

가. 환기설비 가동 전 (Case 1 및 3) 47

나. 환기설비 가동 후 (Case 2 및 4) 64

2. 터널B 81

가. 환기설비 가동 전 (Case 5 및 7) 81

나. 환기설비 가동 후 (Case 6 및 8) 102

Ⅴ. 결과 및 고찰 122

1. 터널A 122

2. 터널B 123

Ⅶ. 결론 125

Ⅷ. 참고문헌 126

ABSTRACT 130

감사의 글 132

[표 1] 국내외 도로터널 화재사고 3

[표 2] 등압(101.1 KN/m2)에서의 주요 가스의 비열(Cp) 7

[표 3] 유기고분자 화합물 활성에너지 8

[표 4] 보존방정식의 확산계수와 소스항 12

[표 5] 매연구성물 22

[표 6] 매연의 투과율과 기타 가시도 관련 계수 비교 26

[표 7] 국내에서 수행한 화재 시뮬레이션의 예 39

[표 8] 분석대상 터널 제원 40

[표 9] 터널A mesh 42

[표 10] 터널B mesh 44

[표 11] 시뮬레이션 분석조건 45

[표 12] 시뮬레이션 실행조건 46

[표 13] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널A 상향, 환기설비 가동 전) 47

[표 14] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포(60초 후) 49

[표 15] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 51

[표 16] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 53

[표 17] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 54

[표 18] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널A 하향, 환기설비 가동 전) 56

[표 19] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 58

[표 20] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 59

[표 21] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 61

[표 22] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 62

[표 23] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널A 상향, 환기설비 가동 후) 64

[표 24] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 66

[표 25] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 68

[표 26] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 69

[표 27] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 71

[표 28] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널A 하향, 환기설비 가동 후) 73

[표 29] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 75

[표 30] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 76

[표 31] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 78

[표 32] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, 79

[표 33] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널B 상향, 환기설비 가동 전) 81

[표 34] 거리별 천정 및 측벽부 최대온도분포(터널B 상향, 환기설비 가동 전) 83

[표 35] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (60초 후) 86

[표 36] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포(300초 후) 87

[표 37] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, 89

[표 38] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (900초 후) 91

[표 39] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널B 하향, 환기설비 가동 전) 92

[표 40] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (60초 후) 94

[표 41] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (300초 후) 96

[표 42] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포(600초 후) 98

[표 43] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포(900초 후) 99

[표 44] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널B 상향, 환기설비 가동 후) 102

[표 45] 거리별 천정 및 측벽부 최대온도분포(터널B 상향, 환기설비 가동 후) 104

[표 46] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (60초 후) 107

[표 47] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (300초 후) 108

[표 48] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (600초 후) 110

[표 49] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (900초 후) 111

[표 50] 화재원 온도 및 smoke 농도 변화 (터널B 하향, 환기설비 가동 후) 113

[표 51] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (60초 후) 115

[표 52] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (300초 후) 117

[표 53] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (600초 후) 118

[표 54] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속, 온도, smoke 농도, 가시거리 분포 (900초 후) 120

[그림 1] Velsen 터널 화재사고(1978년, 네덜란드) 4

[그림 2] 열에너지의 이동 10

[그림 4] 터널A 전체 mesh 형태 43

[그림 5] 터널A x방향 mesh형태 43

[그림 6] 터널A z방향 mesh형태 44

[그림 7] 전열방사량 46

[그림 8] 화재발생원 온도 변화 (터널A 상향, 환기설비 가동 전) 48

[그림 9] 화재발생원 moke 농도 변화 (터널A 상향, 환기설비 가동 전) 48

[그림 10] 상향터널 환기설비 가동전 풍속 분포 (60초 후) 50

[그림 11] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (60초 후) 50

[그림 12] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (60초 후) 50

[그림 13] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (60초 후) 51

[그림 14] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (300초 후) 51

[그림 15] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (300초 후) 52

[그림 16] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (300초 후) 52

[그림 17] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (300초 후) 52

[그림 18] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (600초 후) 53

[그림 19] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (600초 후) 53

[그림 20] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (600초 후) 54

[그림 21] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (600초 후) 54

[그림 22] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (900초 후) 55

[그림 23] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (900초 후) 55

[그림 24] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (900초 후) 55

[그림 25] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (900초 후) 56

[그림 26] 화재발생원 온도변화 (터널A 하향, 환기설비 가동 전) 56

[그림 27] 화재발생원 smoke 농도 변화 (터널A 하향, 환기설비 가동 전) 57

[그림 28] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (60초 후) 58

[그림 29] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (60초 후) 58

[그림 30] 하향터널 환기설비 가동 전 농도 분포 (60초 후) 59

[그림 31] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (60초 후) 59

[그림 32] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (300초 후) 60

[그림 33] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (300초 후) 60

[그림 34] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (300초 후) 60

[그림 35] 하향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (300초 후) 61

[그림 36] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (600초 후) 61

[그림 37] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (600초 후) 61

[그림 38] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (600초 후) 62

[그림 39] 하향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (600초 후) 62

[그림 40] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (900초 후) 63

[그림 41] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (900초 후) 63

[그림 42] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (900초 후) 63

[그림 43] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (900초 후) 64

[그림 44] 화재발생원 온도 변화 (터널A 상향, 환기설비 가동 후) 65

[그림 45] 화재발생원 smoke 농도 변화 (터널A 상향, 환기설비 가동 후) 65

[그림 46] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (60초 후) 66

[그림 47] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (60초 후) 67

[그림 48] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (60초 후) 67

[그림 49] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (60초 후) 67

[그림 50] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (300초 후) 68

[그림 51] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (300초 후) 68

[그림 52] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (300초 후) 69

[그림 53] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (300초 후) 69

[그림 54] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (600초 후) 70

[그림 55] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (600초 후) 70

[그림 56] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (600초 후) 70

[그림 57] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (600초 후) 71

[그림 58] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (900초 후) 71

[그림 59] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (900초 후) 71

[그림 60] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (900초 후) 72

[그림 61] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (900초 후) 72

[그림 62] 화재발생원 온도 변화 (터널A 하향, 환기설비 가동 후) 73

[그림 63] 화재발생원 smoke 농도 변화 (터널A 하향, 환기설비 가동 후) 74

[그림 64] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (60초 후) 75

[그림 65] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (60초 후) 75

[그림 66] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (60초 후) 76

[그림 67] 하향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (60초 후) 76

[그림 68] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (300초 후) 77

[그림 69] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (300초 후) 77

[그림 70] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (300초 후) 77

[그림 71] 하향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (300초 후) 78

[그림 72] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (600초 후) 78

[그림 73] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (600초 후) 78

[그림 74] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (600초 후) 79

[그림 75] 하향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (600초 후) 79

[그림 76] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (900초 후) 80

[그림 77] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (900초 후) 80

[그림 78] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (900초 후) 80

[그림 79] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (900초 후) 80

[그림 80] 화재발생원 온도 변화 (터널B 상향, 환기설비 가동 전) 82

[그림 81] 화재발생원 smoke 농도 변화 (터널B 상향, 환기설비 가동 전) 82

[그림 82] 터널B(상향) 환기설비 가동 전 거리별 온도분포 (60초 후) 83

[그림 83] 터널B(상향) 환기설비 가동 전 거리별 온도분포 (300초 후) 84

[그림 84] 터널B(상향) 환기설비 가동 전 거리별 온도분포 (600초 후) 84

[그림 85] 터널B(상향) 환기설비 가동 전 거리별 온도분포 (900초 후) 85

[그림 86] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (60초 후) 86

[그림 87] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (60초 후) 87

[그림 88] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (60초 후) 87

[그림 89] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (60초 후) 87

[그림 90] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (300초 후) 88

[그림 91] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (300초 후) 88

[그림 92] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (300초 후) 89

[그림 93] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (300초 후) 89

[그림 94] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (600초 후) 90

[그림 95] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (600초 후) 90

[그림 96] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (600초 후) 90

[그림 97] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (600초 후) 91

[그림 98] 상향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (900초 후) 91

[그림 99] 상향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (900초 후) 92

[그림 100] 상향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (900초 후) 92

[그림 101] 상향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (900초 후) 92

[그림 102] 화재발생원 온도 변화 (터널B 하향, 환기설비 가동 전) 93

[그림 103] 화재발생원 smoke 농도 변화 (터널B 하향, 환기설비 가동 전) 94

[그림 104] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (60초 후) 95

[그림 105] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (60초 후) 95

[그림 106] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (60초 후) 96

[그림 107] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (60초 후) 96

[그림 108] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (300초 후) 97

[그림 109] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (300초 후) 97

[그림 110] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (300초 후) 97

[그림 111] 하향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (300초 후) 98

[그림 112] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (600초 후) 98

[그림 113] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (600초 후) 99

[그림 114] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (600초 후) 99

[그림 115] 하향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (600초 후) 99

[그림 116] 하향터널 환기설비 가동 전 풍속 분포 (900초 후) 100

[그림 117] 하향터널 환기설비 가동 전 온도 분포 (900초 후) 100

[그림 118] 하향터널 환기설비 가동 전 smoke 농도 분포 (900초 후) 101

[그림 119] 하향터널 환기설비 가동 전 가시거리 분포 (900초 후) 101

[그림 120] 화재발생원 온도 변화 (터널B 상향, 환기설비 가동 후) 103

[그림 121] 화재발생원 smoke 농도 변화 (터널B 상향, 환기설비 가동 후) 103

[그림 122] 터널B(상향) 환기설비 가동 후 거리별 온도분포 (60초 후) 104

[그림 123] 터널B(상향) 환기설비 가동 후 거리별 온도분포 (300초 후) 105

[그림 124] 터널B(상향) 환기설비 가동 후 거리별 온도분포 (600초 후) 105

[그림 125] 터널B(상향) 환기설비 가동 후 거리별 온도분포 (900초 후 106

[그림 126] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (60초 후) 107

[그림 127] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (60초 후) 107

[그림 128] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (60초 후) 108

[그림 129] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (60초 후) 108

[그림 130] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (300초 후) 109

[그림 132] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (300초 후) 109

[그림 133] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (300초 후) 109

[그림 133] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (300초 후) 110

[그림 134] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (600초 후) 110

[그림 135] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (600초 후) 111

[그림 136] 상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (600초 후) 111

[그림 137] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (600초 후) 111

[그림 138] 상향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (900초 후) 112

[그림 139] 상향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (900초 후) 112

[그림 140]상향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (900초 후) 113

[그림 141] 상향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (900초 후) 113

[그림 142] 화재발생원 온도 변화 (상향터널 환기설비 가동 후) 114

[그림 143] 화재발생원 smoke 농도 변화 (상향터널 환기설비 가동 후) 114

[그림 144] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (60초 후) 116

[그림 145] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (60초 후) 116

[그림 146] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (60초 후) 116

[그림 147] 하향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (60초 후) 117

[그림 148] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (300초 후) 117

[그림 149] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (300초 후) 118

[그림 150] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (300초 후) 118

[그림 151] 하향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (300초 후) 118

[그림 152] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (600초 후) 119

[그림 153] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (600초 후) 119

[그림 154] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (600초 후) 120

[그림 155] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (600초 후) 120

[그림 156] 하향터널 환기설비 가동 후 풍속 분포 (900초 후) 121

[그림 157] 하향터널 환기설비 가동 후 온도 분포 (900초 후) 121

[그림 158] 하향터널 환기설비 가동 후 smoke 농도 분포 (900초 후) 121

[그림 159] 하향터널 환기설비 가동 후 가시거리 분포 (900초 후) 121