수 계 소 화 설 비 론 - 소방시스템 기초이론 -

실제 화재 현장 2018-11-10 2

화재 (Fire) 화재의 정의 불 역사: 구석기 시대 사용 화재 : 인간에 反 한 발생, 방화, 소화 필요, 손실 발생 화재 : 인간에 反 한 발생, 방화, 소화 필요, 손실 발생 ① 자연적, 인위적 요인이 물체 연소 → 신체, 재산, 생명 손실 ② 사람 의도와 상관없이 출화, 방화로 발생 →확대 ③ 사용자 부주의 ←불안정 상태에 발생 ④ 불 사용목적 이탈 → 경제적 손실 화재의 현황 대형화 원인: 생활양식 변화, 과학기술 변천 화재 원인 원인별 : 전기>담배>방화>불티>불장난>유류 장소별 : 주택(아파트)>차량>공장>음식점>점포 2018-11-10 3

화재 (Fire)의 진행 절차 실내화재 진행: [화원→성장기→최성기→감쇠기] - 화원[O] : 공기 중 산소와 반응, 초기단계 - 성장기[O~B] : 1성장기(발화단계), 2성장기(FO 이르는 화염 충만단계) - 최성기[B~C] : 최고조 단계, FO에 이르는 단계 - 감쇠기 [C~D] : 부분 소멸단계 2018-11-10 4

소방관계법규 소방 5분법 국가화재안전기준(NFSC) - 소방기본법 - 소방시설설치유지 및 안전관리에대한법률 - 소방시설공사업법 - 위험물안전관리법 - 다중이용업소 안전관리에 관한 특별법 국가화재안전기준(NFSC) - 32개의 소방시설 설치, 유지, 관리 기준 2018-11-10 5

소방 시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령 - 별표 1 소방시설 –“대통령령 소방 시설 설치유지 및 안전관리에 관한 법률 시행령 - 별표 1 - 소화설비, 경보설비, 피난설비, 소화용수설비, 소화활동설비 소화설비  수계 / 가스계 2018-11-10 6

기초이론 – 물리량 단위 2018-11-10 7

기초이론 – 물리량 차원과 단위 2018-11-10 8

기초이론 – 유체의 기본 성질(1) 2018-11-10 9

기초이론 – 유체의 기본 성질(2) - 점성 “ 유체가 유동할 때 흐름의 방향에 대하여 마찰 전단응력을 유발시켜주는 성질 ” 탄성 고체는 변형 후 복원 점성 유체는 변형 후 흐름 “ 유체가 유동할 때 흐름의 방향에 대하여 마찰 전단응력을 유발시켜주는 성질 ” Newton의 점성법칙 Τ :전단응력 μ :점성계수 (du/dy) : 속도구배 유체의 흐름해석 - 두 평면 1과 2가 존재 - 평면 1에 유체의 위층(단위면적)에 x방향으로 작용하는 힘, 전단응력 (shear force  shear stress, τ, F/A) - 이 힘은 y방향 (평면 2의 방향)으로 전달된다. - 각 층 사이에는 평면1에서 가고자 하는 방향에 저항하는 힘이 존재 - 유체속도는 평면1에서 평면2로 갈수록 줄어들어 평면2에서 0이되는 속도분포, 속도구배 (velocity distribution)이 존재 2018-11-10 10

기초이론 – 평판사이의 유체의 유속 - 따라서 평판 사이에서 유체의 유속은 - 각 경계 조건을 이용하여 a, const 값을 구하면,  - 결론적으로 평판 사이에서 움직이는 유체의 유속은, 2018-11-10 11

기초이론 – 유체의 기본 성질(2) - 압력 대기압보다 높은 압력(정압) 절대압력 = 국소대기압 +계기압력 대기압보다 낮은 압력(부압) 절대압력 = 국소대기압 - 진공압력 압력 : 단위면적당 수직으로 작용하는 힘 P = F/A (N/m2) - 1 bar = 105 Pa = 0.1 MPa = 100 kPa - 1 atm = 760 mmHg = 1.0336 kgf/cm2 =101 kPa = 1 bar (공학기압 : 1 1 atm = 1 kgf/cm2 ) - 1 lb/in = 1 psi → 1 bar = 14.696 psi 2018-11-10 12

기초이론 – 유체의 기본 성질(3) - 압력 압력 : 단위면적당 작용하는 힘 수평 바닥면에 작용하는 정수력학적 힘 실제 : (국소)대기압 + 정수력학적 압력 2018-11-10 13

기초이론 – 물의 상태변화 특성 물의 높은 열용량(4.2 J/gk) 및 증기의 높은 잠재열(2,442 J/g)  화염 또는 연료로부터 많은 양의 열 흡수  냉각 소화 2018-11-10 14

유체의 운동 개요 2018-11-10 15

유체 유동의 기술방법 2018-11-10 16

유체 유동 – 유선/정상류/비정상류 정상유동의 유선 유선(streamline) - 임의의 유동장 내에서 유체입자가 곡선을 따라 움직일 때 이 곡선(유체의 흐름방향)을 나타내는 선 정상류(Steady Flow)와 비정상류 (Steady Flow) - 임의의 유동장 내에서 한 점에 작용하는 유체입자들의 특성이 시간에 관계없이 일정하거나 변화하는 흐름 2018-11-10 17

유체 유동 – 연속방정식(1) 2018-11-10 18

유체 유동 – 연속방정식(2) 2018-11-10 19

유체 유동 – 연속방정식(3) 2018-11-10 20

유체 유동 – 연속방정식(4) 2018-11-10 21

유체 유동 – 연속방정식(5) 2018-11-10 22

유체 유동 – 연속방정식 예제 2018-11-10 23

유체 유동 – 연속방정식 예제 ρ 2018-11-10 24

유체 유동 – 베르누이방정식(1) 이상유체(비압축성/비점성 유체) / 유선을 따르는 / 정상유동 / 손실없음 2018-11-10 25

유체 유동 – 베르누이방정식(2) 2018-11-10 26

유체 유동 – 베르누이방정식(3) 베르누이 방정식의 의미  에너지 보존의 법칙 “ 전 수두 ” 2018-11-10 27

유체 유동 – 베르누이방정식(4) (비중량 ϒ = ρ ․ g) 베르누이 방정식 전압 (Total Pressure) 전수두 속도/압력/위치 계산 베르누이 방정식 (비중량 ϒ = ρ ․ g) 전압/ 동압/정압/위치압 계산 전압 (Total Pressure) 전수두/ 속도수두/위치수두/ 압력수두 계산 전수두 (Total Head) 2018-11-10 28

유체 유동 – 베르누이방정식(5) 베르누이 방정식의 의미  에너지 보존의 법칙 2018-11-10 29

유체 유동 – 베르누이방정식(6) 베르누이 방정식의 응용 2018-11-10 30

유체 유동 – 베르누이방정식 예제 2018-11-10 31

유체 유동 – 베르누이방정식 예제 2018-11-10 32

기초이론 – 관 내 유동(레이놀즈 수) 관 내 유체 유동시 유체의 점성력에 대한 관성력의 비  유체자신의 질량/속도로 유동하려는 힘과 유체가 유동하지 못하도록 점성이 잡아주는 힘 사이의 비 층류 영역 (Laminar Flow) : Re < 2,100 천이 영역 (Transition Flow) : 2,100 < Re < 4,000 난류 영역 (Turbulent Flow) : Re > 4,000 (Re : 레이놀즈 수, ρ : 유체밀도, V : 속도, D : 관직경, μ : 점성계수, ν : 동점성계수(=μ/ρ)) 관 내 유량 계산 Q : 유량, A : 관 단면적, V : 속도, g : 중력가속도, h : 높이, D : 관 직경 2018-11-10 33

기초이론 – 관 내 유동(마찰손실) 관 내 유동 수평배관손실  마찰손실 (관의 길이, 형태, 직경, 표면조도, 관부속품 등) - 수평 원관 내 1차원 정상유동  Darcy-Weisbach 마찰손실 방정식(층류/난류) (h : 마찰손실수두, f : 관 마찰계수, ℓ : 관 길이, d : 관 직경, V : 유체속도, g : 중력가속도, Δp : 관마찰 압력손실, ρ : 유체밀도) - Hagen-William 마찰손실 방정식 (층류/ 난류) (h : 마찰손실수두, Q : 유량, C : 마찰계수, , d : 관 직경, , Δpm, Qm, dm: 관 길이1m 당 마찰 압력손실, 유량, 직경) 관 내 유체유동시 관마찰손실(주 손실) 이외에  곡관, 엘보, 단변적변화, 밸브/부품 등에 의한 부차적 마찰손실 HL : 관내 부차적 마찰손실수두, K : 손실계수(실험식), V : 속도, g : 중력가속도 2018-11-10 34

Report # 1 유체 유동 – Hagen-Poiseuille 공식 - 관련 그림, 조건, 계산과정, 4개 공식 등 2018-11-10 35

기초이론 – 펌프동력 계산 2018-11-10 36