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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 조해용
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수50
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호스 및 수도관에 연결하여 화재를 진압하는 소방 노즐은 가장 널리 사용되는 소화 기구이다. 그러나 대부분의 소방 노즐은 작업자 한 명이 편안하게 제어할 수 있는 분사 반발력 수준을 초과하는 반발력을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 소방노즐의 반발력을 감소시킬 수 있는 소방노즐의 내부 형상을 연구하여 새롭게 설계하였다. 가장 효율적인 소방노즐의 내부 형상을 설계하기 위해 CFD 해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 노즐 내부에서 난류 운동에너지가 가장 크게 나타나는 구조를 선정하였다. 기존 소방노즐의 반발력과 새롭게 설계된 소방노즐의 반발력을 측정 및 비교하기 위하여 실험용 지그를 제작하였다. 실험에서는 두 종류의 일반 소방노즐(40A, 65A)과 새롭게 설계된 반발력감소 소방노즐을 사용하였고, 해석과 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 반발력감소 소방노즐의 내부의 난류운동에너지를 증가시키기 위해서는 동일한 면적의 큰 날개보다 여러 개의 작은 날개를 배치하는 것이 효율적이다. 또한 난류운동에너지는 날개의 형상보다는 면적과 배치구조에 더 큰 영향을 받는다.
2. 반발력감소 소방노즐에서 날개의 배치 각도를 변수로 하여 유동해석 하여 반발력을 계산한 결과 날개를 유동방향과 평행하게 위치한 노즐에서 반발력은 280 N이며, 유동 방향에서 10° 틀어진 위치로 배치한 노즐에서 반발력은 288 N이다. 따라서 날개를 유동방향과 평행하게 배치하는 것이 반발력 감소에 유리하다.
3. 반발력에 영향을 주는 요소로는 유량, 노즐 입구압력 이 있다. 노즐 입구압력 은 압력에너지를 속도에너지로 전환시켜주는 디플렉터의 위치에 큰 영향을 받는다. 같은 규격일 때 디플렉터의 위치가 노즐입구와 가까운 반발력감소 노즐에서 입구압력 은 23,267 ㎩이며 디플렉터의 위치가 노즐입구와 먼 일반 소방노즐에서의 입구압력 은 560,391 ㎩로 2,408 %증가하였다. 따라서 반발력을 감소시키기 위해서는 디플렉터의 위치를 노즐 입구와 가까운 곳에 위치시켜 압력이 증가하는 유로의 길이를 단축시키는 것이 좋다.
4. 현재까지 소방노즐의 반발력을 측정할 수 있는 고유한 장비가 없으므로 본 논문에서 제안한 실험 장비 구성을 사용하여 노즐의 반발력을 계산하는 것은 매우 유용할 것으로 생각된다.
5. 반발력감소 노즐에서 40A노즐 대비 평균 40 N, 65A소방노즐 대비 평균 103 N의 반발력이 감소되었고, 40A노즐 대비 평균 19 %, 65A노즐 대비 평균 36 %의 반발력이 감소되었다. 방수압력 500 ㎪ ~ 900㎪ 범위에서 단일작업자가 편안하게 제어할 수 있는 266 N 이하의 반발력을 가진 노즐은 반발력감소 노즐이 유일하다. 이는 인력이 부족한 화재현장에서 매우 유용한 대안이 될 것으로 생각된다.
1. 반발력감소 소방노즐의 내부의 난류운동에너지를 증가시키기 위해서는 동일한 면적의 큰 날개보다 여러 개의 작은 날개를 배치하는 것이 효율적이다. 또한 난류운동에너지는 날개의 형상보다는 면적과 배치구조에 더 큰 영향을 받는다.
2. 반발력감소 소방노즐에서 날개의 배치 각도를 변수로 하여 유동해석 하여 반발력을 계산한 결과 날개를 유동방향과 평행하게 위치한 노즐에서 반발력은 280 N이며, 유동 방향에서 10° 틀어진 위치로 배치한 노즐에서 반발력은 288 N이다. 따라서 날개를 유동방향과 평행하게 배치하는 것이 반발력 감소에 유리하다.
3. 반발력에 영향을 주는 요소로는 유량, 노즐 입구압력 이 있다. 노즐 입구압력 은 압력에너지를 속도에너지로 전환시켜주는 디플렉터의 위치에 큰 영향을 받는다. 같은 규격일 때 디플렉터의 위치가 노즐입구와 가까운 반발력감소 노즐에서 입구압력 은 23,267 ㎩이며 디플렉터의 위치가 노즐입구와 먼 일반 소방노즐에서의 입구압력 은 560,391 ㎩로 2,408 %증가하였다. 따라서 반발력을 감소시키기 위해서는 디플렉터의 위치를 노즐 입구와 가까운 곳에 위치시켜 압력이 증가하는 유로의 길이를 단축시키는 것이 좋다.
4. 현재까지 소방노즐의 반발력을 측정할 수 있는 고유한 장비가 없으므로 본 논문에서 제안한 실험 장비 구성을 사용하여 노즐의 반발력을 계산하는 것은 매우 유용할 것으로 생각된다.
5. 반발력감소 노즐에서 40A노즐 대비 평균 40 N, 65A소방노즐 대비 평균 103 N의 반발력이 감소되었고, 40A노즐 대비 평균 19 %, 65A노즐 대비 평균 36 %의 반발력이 감소되었다. 방수압력 500 ㎪ ~ 900㎪ 범위에서 단일작업자가 편안하게 제어할 수 있는 266 N 이하의 반발력을 가진 노즐은 반발력감소 노즐이 유일하다. 이는 인력이 부족한 화재현장에서 매우 유용한 대안이 될 것으로 생각된다.
목차
차 례Abstract ⅲList of figures ⅵList of tables ⅸNomenclatures ?Ⅰ. 서 론1.1 연구배경 11.2 연구동향 21.3 연구목적 4Ⅱ. 소방노즐2.1 소방노즐의 종류와 특징 72.2 반발력감소 소방노즐의 종류와 특징 13III. 반발력감소 소방노즐의 설계3.1 소방노즐의 분사반발력 계산 173.2 소방노즐의 설계 변수 333.3 소방노즐의 유동해석3.3.1 지배 방정식 363.3.2 난류해석 모델 373.3.3 경계조건 및 격자구성 453.3.4 해석결과 및 소방노즐 설계형상 563.3.5 날개의 각도에 따른 반발력감소 노즐의 내부유동 검토3.3.5.1 날개 형상에 대한 각도 변수 633.3.5.2 날개 위치에 대한 각도 변수 753.3.6 반발력감소 노즐과 직·방사 노즐의 내부유동 비교 81IV. 소방노즐의 분사 반발력 실험 및 해석4.1 실험 방법 894.2 실험결과 및 고찰 954.3 실험지그 구조해석4.3.1 모델링 및 경계조건 1064.3.2 반발력 해석결과 108V. 결 론 119참고문헌 121
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