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표제지

요약

목차

제1장 서론 12

제1절 연구 배경 및 목적 12

제2절 연구 내용 및 범위 15

제2장 이론적 배경 17

제1절 연구의 동향 17

제2절 터널의 환기 방식 21

제3절 터널의 공기 역학 25

제4절 열차풍 29

제3장 피스톤 효과에 의한 터널 내부에서 발생되는 열차풍 측정 31

제1절 터널의 측정 개요 31

1. 터널의 실험 장치 구성 31

2. 터널 측정 방법 35

제2절 터널 내부의 공기 이동 속도 측정 결과 41

제3절 터널 내부의 공기 이동량 추정 49

제4장 자연 환기구를 통한 공기 이동량 51

제1절 자연 환기구의 측정 개요 51

1. 자연 환기구의 실험 장치 구성 51

2. 자연 환기구 측정 방법 51

제2절 자연 환기구의 공기 이동 속도 측정 결과 54

제3절 자연 환기구의 공기 이동량 추정 56

제4절 자연 환기구를 고려할 때 형성되는 열차풍 추정 57

제5장 열차풍 시뮬레이션 61

제1절 CFD의 이용 방법 61

제2절 터널 및 자연 환기구 시뮬레이션 연구 방법 65

1. 해석 대상 65

2. 해석 방법 69

제3절 피스톤 효과 시뮬레이션 73

1. 터널 내부 압력 분포 73

2. 터널 내부 속도 벡터 분포 76

3. 터널 내부에 대한 실측과 시뮬레이션 결과 비교 79

제4절 자연 환기구 시뮬레이션 81

1. 자연 환기구 속도 벡터 분포 81

2. 자연 환기구에 대한 실측과 시뮬레이션 결과 비교 92

제6장 결론 94

논문 발표 실적 97

참고문헌 98

Abstract 104

List of Tables

〈Table 2.1〉 The airvelocity of the foreign subway 26

〈Table 2.2〉 Beaufort Scal 27

〈Table 3.1〉 Specifications of sampling sensors 32

〈Table 3.2〉 The result of the quantification on train flow rates 50

〈Table 4.1〉 The result of the quantification on the natural ventilation system 56

List of Figures

〈Fig. 1.1〉 Research Flow Chart 16

〈Fig. 2.1〉 Deposition rate by part of the respiratory organs 20

〈Fig. 2.2〉 The ventilation method by the piston effec toftrains 21

〈Fig. 2.3〉 The ventilation method by airblower(ventilator) 22

〈Fig. 2.4〉 The type of ventilation systems 23

〈Fig. 2.5〉 The distribution chart of the air-pressure by subway 29

〈Fig. 3.1〉 Experimental apparatus and measuring instrument 31

〈Fig. 3.2〉 The diagram of the experimental apparatus 33

〈Fig. 3.3〉 The view of the recording session 34

〈Fig. 3.4〉 The schematic diagram of measurement 1(Top view) 35

〈Fig. 3.5〉 The location of anemometer for measurement (Front view) 37

〈Fig. 3.6〉 Prepare installation for measurement 38

〈Fig. 3.7〉 The view of installation 39

〈Fig. 3.8〉 The view of measurement 39

〈Fig. 3.9〉 The real image of the measurement in the tunnel 40

〈Fig. 3.10〉 The schematic diagram of measuring conditions 41

〈Fig. 3.11〉 The result of the first measuring condition in the tunnel 42

〈Fig. 3.12〉 The result of the second measuring condition in the tunnel 43

〈Fig. 3.13〉 The result of the third measuring condition in the tunnel 44

〈Fig. 3.14〉 The result of the fifth measuring condition in the tunnel 45

〈Fig. 3.15〉 The result of the seventh measuring condition in the tunnel 46

〈Fig. 3.16〉 The result of the eighth measuring condition in the tunnel 47

〈Fig. 3.17〉 The result of the flow rate about all measuring conditions in the tunnel 49

〈Fig. 4.1〉 The schematic diagram of the measurement (Front view & 3D) 52

〈Fig. 4.2〉 The real image of the measurement at a Natural Ventilator 53

〈Fig. 4.3〉 The result of the velocity about all measuring conditions at a ventilator 54

〈Fig. 4.4〉 The schematic diagram of movement of air by train 55

〈Fig. 4.5〉 Two cases of the air volume when the train runs to the normal direction 57

〈Fig. 4.6〉 Two cases of the air volume when the train runs to the reverse(opposite) direction 58

〈Fig. 5.1〉 Geometry of the tunnel and the train (3D drawings) 65

〈Fig. 5.2〉 Geometry of the natural ventilator (3D drawings) 66

〈Fig. 5.3〉 Computational domain of the tunnel, the train and the natural ventilator 1 66

〈Fig. 5.4〉 Computational domain of the tunnel, the train and the natural ventilator 2 67

〈Fig. 5.5〉 The mesh transformation method 69

〈Fig. 5.6〉 Pressure contours at a longitudinal section 73

〈Fig. 5.7〉 Pressure contours at a cross-section(y=2.5m) 74

〈Fig. 5.8〉 Vector at alongitudinal section 76

〈Fig. 5.9〉 Vector at across-section (y=2.5m) 78

〈Fig. 5.10〉 Compare the actual measurement result and simulation result in the tunnel 79

〈Fig. 5.11〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is coming to the ventilator 1 82

〈Fig. 5.12〉 Vector at alongitudinal section (z=at the ventilator) - Train is coming to the ventilator 2 83

〈Fig. 5.13〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is coming to the ventilator 3 84

〈Fig. 5.14〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is coming to the ventilator 4 85

〈Fig. 5.15〉 Vector at alongitudinal section (z=at the ventilator) - Train is located at the ventilator 86

〈Fig. 5.16〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is out of the ventilator 1 87

〈Fig. 5.17〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is out of the ventilator 2 88

〈Fig. 5.18〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is out of the ventilator 3 89

〈Fig. 5.19〉 Vector at a longitudinal section (z=at the ventilator) - Train is out of the ventilator 4 90

〈Fig. 5.20〉 Compare the actual measurement result and simulation result at the natural ventilator 92

초록보기

도시철도시스템은 주요 대도시에서 많은 사람들이 이용하는 중요한 대중교통 수단이다. 지하철 환경은 구조적 특성상 열악하며, 시민들에게 노출이 되어있는 상태이다. 이에 지하철 공기질 관리를 위해 공기정화시스템 개선에 대한 검토가 이루어지고 있으며, 열차풍에 의한 승강장의 오염을 방지하기 위해 스크린도어가 설치되기 시작했다. 스크린도어 설치 후 승강장의 공기질은 향상 되었으나, 본선 터널은 오히려 악화되고 있는 실정이다. 또한, 열차가 운행할 때 지하 터널 속에서의 공기역학적 효과는 매우 커질 것으로 예상되나, 이에 대한 정확한 평가와 분석이 미흡한 실정이다. 또한 터널의 환기에서 열차풍에 의한 영향이 상당히 크므로 이에 대한 합리적이고 정량적인 열차풍을 평가하고 설계시 반영하여야 한다.

본 논문에서는 열차가 지하 구간을 운행할 때 발생하는 열차풍의 크기를 정량적으로 구하고자 지하 터널 선로상과 자연 환기구에서 열차풍에 대한 측정을 수행하였다. 또한 측정 결과와 비교해보기 위해서 수치해석을 수행하였다.

수행한 결과로부터 다음과 같은 종합적인 결론을 제시하였다.

열차가 진행할 때 터널에서 피스톤 효과에 의해 밀려오는 강한 기류는 열차의 전두부를 정(+)압으로 형성시켜 공기를 밀어내는 활동이 활발해지게 되며, 반대로 열차의 후면에서는 부(-)압이 형성되어 기류가 끌려오게 되는 것으로 분석되었다.

터널 내부 유량 측정 결과 열차에 의하여 밀려 들어온 양은 대략 3,364㎥ 이었으며, 열차를 따라서 끌려 들어온 양은 957㎥ 이었다. 열차 운행시 한 번 움직이는 공기의 총량은 4,321㎥ 임을 알 수 있다.

자연 환기구를 통한 유량 측정 결과는 정방향 자연 환기구 전에서는 약 1,567㎥ 이 빠져나왔고, 정방향 자연 환기구 후에서는 약 1,149㎥ 가 끌려들어갔다. 역방향 자연 환기구 전에서는 약 1,121㎥ 이 빠져나왔으며, 역방향 자연 환기구 후에서는 약 863㎥ 가 끌려들어갔다.

열차의 진입과 진출에 의한 유출 및 유입풍이 터널 내부와 자연 환기구에서 어떻게 형성되는지와 그 정도를 확인할 수 있었다. 이는 지하 터널에서 하나의 대표적인 기류패턴의 자료로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

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