출처: https://pure.tue.nl/ws/portalfiles/portal/46990410/784377-1.pdf
4. 실험
이 장은 샌드위치패널 코어의 열적 반응을 결정하기 위한 실험으로 시작합니다. Comsol Multiphysics 및 Voltra에서 실험한 후 연기층의 영향으로 인해 실제 건물 크기에 적용된 샌드위치패널의 총 질량 손실에 대한 스프레드 시트 계산이 이어집니다. 샌드위치패널이 소방관에게 잠재적인 위험을 초래하는지 여부를 확인합니다.
1) Comsol Multiphysics® 표시
Comsol 3.4 Multiphysics® 열전달(대류 및 전도)은 테스트할 샌드위치패널에 대한 열 영향을 예측하기 위한 정적 모델로 사용되었습니다. 열특성은 고온 및 주변 온도에서 열 특성이 유사하다고 가정합니다. 이는 이러한 상황이 열 의존 특성을 사용하지 않는다는 것을 의미합니다. 용융 및 열분해(반응 및 분해)와 같은 결과는 실험되지 않습니다.
Comsol Multiphysics® 열전달 실험의 결과는 질량 손실 테스트의 결과와 비교됩니다. 이 측정된 온도를 동일한 높이에서 열전달 계산에서 계산된 온도와 비교하여 샌드위치패널 노출 표면의 3cm 높이에 열전대를 배치하여 수행합니다. 열전달 실험은 온도(150, 250 및 350℃)에서 10분간 노출된 조인트가 없는 PIR, PUR 및 미네랄울 샌드위치패널에 대해 수행되어 샌드위치패널에서 예상되는 온도 상승에 대한 설명을 얻었습니다. 이 실험에서 샌드위치패널은 실험 설정과 유사하게 한쪽에서만 고온에 노출됩니다.
4가지 샌드위치패널 샘플 유형에 대한 공통적인 경계 조건은
① 주변 온도 샘플
② 샘플 표면/상자에 열 부하
③ 외부 주변 온도
④ 측면 무한 절연
각 실험에 대한 재료별 특성은 다음의 재료 설명에 나와있습니다.
(1) Comsol Multiphysics® 결과
① 암면 벽 샌드위치패널(SWW)
첫 번째 샌드위치패널은 네덜란드에서 제작된 SWW(암면 벽 샌드위치패널)로 Comsol(Steel AISI 4340, ρ=7850kg/m³, λ=44.5W/m·K, Cp=475J/kg*k) 및 100mm conrock Q3 코어에 사용된 표준에 따라 실험된 0.4mm 강판 외장이 있습니다.
[Comsol에서 사용되는 암면 벽 샌드위치패널 형상]
Comsol 3.4에서 모델링된 암면 벽 샌드위치패널의 형상은 상기 그림에 나와있습니다. 실험 설정에 사용되는 금속 상자(R3, R5)의 가능한 영향을 포함합니다. 샌드위치패널의 표면 노출은 400cm²이고 두께는 100mm입니다. PT1 아래 2cm는 샘드위치패널의 온도가 측정되는 지점(0.125, 0.05)입니다. 실험 중 온도는 동일한 위치에 기록됩니다.
[350℃에 노출된 600초 후 암면 벽 샌드위치패널 온도 분포]
실험 600초 후 PT(0.125, 0.05)에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 39.9℃
– 열 하중 250℃ 54.5℃
– 열 하중 350℃ 68.8℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도입니다.
② 미네랄울 지붕 샌드위치패널(SWR)
두 번째 샌드위치패널 유형 SWR은 프랑스에서 생산되는 60mm 샌드위치패널입니다. 이 샌드위치패널의 내부 면은 0.5mm이고, 외부 면은 0.63mm(Steel AISI 4340)입니다. 60mm(ρ=98.85kg/m³, λ=0.042W/m·K, Cp=475J/kg*k) 암면 코어로 적용됩니다.
[암면 지붕 샌드위치패널(SWR)]
암면 지붕 샌드위치패널의 형상은 Comsol 3.4에서 모델링되었습니다. 실험 설정에 사용되는 금속 상자(R3, R5)의 가능한 영향을 포함합니다. 샌드위치패널 자체의 두께는 60~100mm이고, 노출 표면은 400cm²입니다. PT1은 샌드위치패널의 온도가 측정되는 내부 강판 위의 3cm 지점입니다. 실험 중 온도는 동일한 위치에 기록됩니다.
[350℃에 노출된 600초 후 암면 지붕 샌드위치패널 온도 분포]
실험 600초 후 PT(0.125, 0.05)에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 42.5℃
– 열 하중 250℃ 57.5℃
– 열 하중 350℃ 72.5℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도입니다.
③ 샌드위치패널3 PUR
3번째 샌드위치패널은 네덜란드에서 생산된 PUR 100/135 샌드위치패널입니다. 이 샌드위치패널은 폴리에스테르 20㎛ 코팅으로 코팅된 강판의 내부 면과 HPS200 울트라로 코팅된 0.5mm 강판의 외부 표면이 있습니다. 코어 재료는 다음과 특성을 가진 PUR(iso+)입니다. (ρ=30.12kg/m³, λ=0.023W/m·K, Cp=1560.5J/kg*k)
[폴리우레탄 샌드위치패널]
PUR 샌드위치패널의 형상은 62.5cm²의 노출된 표면으로 모델링되었으며, 샌드위치패널의 두께는 100~135mm입니다. PT1은 이 실험에서 온도가 측정되는 지점이며, 실험 설정에서 열전대의 위치에 해당합니다.
[350℃에 노출된 600초 후 폴리우레탄 샌드위치패널 온도 분포]
실험 600초 후 PT1에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 50.2℃
– 열 하중 250℃ 73.3℃
– 열 하중 350℃ 94.6℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도입니다. 그리고 열분해와 같은 결과로 인해 현실과 다를 수 있습니다.
④ 샌드위치패널4 PIR
4번째 샌드위치패널은 PIR 80/115 샌드위치패널입니다. 이 샌드위치패널에는 폴리에스테르 20㎛ 코팅으로 코팅된 0.4mm 강판의 내부 표면과 HPS200 울트라 코팅된 0.5mm 강판의 외부 표면이 있습니다. 코어 재료는 다음과 같은 PIR입니다. (ρ=40.08kg/m³, λ=0.025W/m·K, Cp=1500J/kg*k)
PIR 샌드위치패널의 형상은 400cm²의 노출 면으로 모델링되었으며, 샌드위치패널의 두께는 100~135mm입니다. PT1은 이 실험에서 온도가 측정되는 지점이며, 실험 설정에서 열전대의 위치에 해당합니다.
[PIR 샌드위치패널]
[350℃에 노출된 600초 후 PIR 샌드위치패널 온도 분포]
상기 그림은 350℃의 온도에서 600초 동안 노출된 후 샌드위치패널을 통한 온도 분포를 보여줍니다.
실험 600초 후 PT1에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 63.6℃
– 열 하중 250℃ 65.9℃
– 열 하중 350℃ 126.9℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도이며, 열분해 및 탄화와 같은 결과로 인해 현실과 다를 수 있습니다.