전산 유체 해석은 광산 환기 시스템과 축류 송풍기, 원심 송풍기가 만들어 내는 공기 흐름을 컴퓨터 상의 가상 공간에서 계산하고 시각화하는 기술이다. 복잡한 갱도 구조와 다수의 분기, 다양한 작업 구역이 존재하는 실제 광산에서는 단순 계산만으로 정확한 풍량과 압력 분포를 예측하기 어렵다. 이러한 환경에서 전산 유체 해석을 활용하면, 송풍기 배치와 덕트 구조, 환기 문과 밸브 위치에 따른 공기 흐름 변화를 보다 정밀하게 검토할 수 있다.
전산 유체 해석을 수행하려면 먼저 광산 갱도와 덕트, 주요 설비를 포함한 삼차원 모델을 구성해야 한다. 이어서 송풍기의 토출 조건과 흡입 조건, 갱내 벽면 조건과 입구 출구 압력 조건을 설정하고, 공기의 물성 값을 정의한다. 이러한 정보를 바탕으로 전산 해석 프로그램은 각 격자 점에서 속도와 압력, 난류 에너지 등을 반복 계산하여 최종적인 유동장을 구한다. 계산 결과는 색상 분포와 유선, 속도 벡터 등으로 표현할 수 있어, 어느 구간에서 풍량이 부족한지, 어디에서 와류가 형성되는지 한눈에 확인할 수 있다.
광산 환기 분야에서 전산 유체 해석의 가장 큰 장점은 설계 변경을 실제 시공 전에 검토할 수 있다는 점이다. 예를 들어 주 환기 송풍기를 다른 위치로 옮기거나, 새로운 갱도가 추가될 때, 기존 배관망을 확대하는 여러 가지 안을 가상으로 시험해 볼 수 있다. 각 설계 안에 대해 갱내 위험 가스의 분포와 온도, 풍속 분포를 비교하면, 안전성과 에너지 효율이 가장 우수한 구성을 선택할 수 있다. 또한 고압 환기 구간에서 과도한 압력 차로 인해 환기 문과 덕트에 큰 힘이 작용하는지, 특정 구역에서 소음과 진동이 집중되는지까지 해석을 통해 예측할 수 있다.
전산 유체 해석 결과를 현장 설계와 운전에 반영하기 위해서는 해석 모델과 실제 조건의 차이를 줄이는 노력이 중요하다. 격자 크기와 난류 모델 선택, 경계 조건 설정이 적절하지 않으면, 계산 결과가 실제와 다르게 나타날 수 있기 때문이다. 따라서 해석 결과는 반드시 일부 측정 자료와 비교하여 검증하고, 필요할 경우 모델을 수정하는 과정이 필요하다. 이와 같이 전산 유체 해석은 광산용 송풍기와 환기 시스템 설계를 뒷받침하는 강력한 도구이지만, 항상 현장의 경험과 측정 데이터를 함께 고려할 때 비로소 가장 큰 효과를 발휘한다. 잘 활용된 전산 유체 해석은 광산 환기 안전과 에너지 절감, 설비 최적화에 크게 기여하는 핵심 기술이라고 할 수 있다.
