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문제 정의
- 본 연구에서는 오리피스 지름 변화와 공기 흡 입구 유무에 따른 폼 방출 분포와 방줄된 폼에 복 사열이 가해질 때 폼의 특성에 따른 정성적인 관 즉과 함께 폼 온도 변화를 실험적으로 고찰하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
- 팽창비는 일정 압력과 유량에서 폼 분무 노즐의 형상변수에 따라 변하게 되는데, 계산은 다음 식을 이용하여 구할 수 있다. 폼 농축액의 밀도는 Ig/mL 로 가정하였다叩
제안 방법
- Fig. 3의 실험장치 사진을 보면 화원의 강도를 크게 하기 위해 양쪽 면에 각각 3개의 전기히터를 설치하였으며, 전기 히터에 의한 복사열은 폼에 조사되도록 구성하여 폼 내부 온도를 측정하였다. 전기 히터는 폼으로 덮인 강판(30cm X 30cm x 0.
- 따른 열 침투 깊이 (thermal penetration depth), 열 침투 시간 (온도 기울기), 폼 온도 변화 등의 특성을 고찰하였다.
- 증발온도 및 침투깊이 등의 폼 특성을 위한 측정은 폼이 강판에서 완전히 증발되는 5~15분 동안 수행하였다. 또한, 폼의 화재 지연시간을 측정하기 위해 강판 온도도 측정하였다. 폼 내부 온도와 복사량은 데이터 수집장치 (YOKOGAWA, data acquisition control unit, DA-100, DS-600)를 이용하여 기록하였으며, 폼 표면의 온도를 가시화하기 위해 적외선 온도 즉정기(infiaed thermography, JENOPTIK, VAIUOSCAN3011)를 사용하였다.
- 방출되느 苫량을 측정하기 위해 성능시험기술기 준에 따라 꼼을 반기 위한 채수碧을 아드닐로 제작 하이 각 분무 노즐마다 분줄되는 폼을 수집하였다.'用 쏨 받이 채수동은 모두 25개를 제삭하여 노즐 중앙에시무터 1/4 닓이에 5개씩 정사각형으记 25개 를 배열하였다.
- 방출된 폼의 특성인 수분 함유량을 파악해 보 기 위해 각 폼 분무 노즐에서 방출된 폼을 받아 팽창비를 계산하였다. 팽창비는 (a), (b), (c), (d)의 순으로 각각 11.
- 폼 분무 노즐이 장착된 이동식 소화설비 실험 장치의 저장 탱크에서 폼 용액을 이송하기 위한 펌프는 폼 약제를 사용하므로 스테인리스로 제작된 펌프 (EBARA, CDXM 70/156, 유량 20~100L/min)를 사용하여 부식을 방지하였다. 배관과 폼 분무 노즐이 연결되는 직전에 압력계를 설치하여 폼 분무 노즐의 방출압을 측정하였고 일정하게 조 절하였다.
- 폼이 분무 노즐로부터 분출되는 순간 방출 형상을 가시하■하기 위해 CCD 카메라(Kodak, Ektapro HG Imager Model 2000)를 이용하였다. 분출되는 형상을 촬영하기 위해 카메라와 연동하여 조명을 사 용하였으며, 야간에 촬영을 하였다. 조명은 할로겐램프(220V, 500W)를 사용하였고, 5.
- 실제貝는 노즐 중앙에서 사방으로 100개의 재수통으 배연하여야 하지만 방사형으로 구역에만 채수통을 일정하게 분사되기 때문에 1/4 배열하였다. 새수통 1개의 용적은 소방검정기준에 의해 31cm X 31cm x 20cm로 제작하였으며, 각 재수 통의 폼 수집 무게를 매 실험마다 측정하였다. 즉 정한 저울은 범위가 10, 000g까지 1.
- 3의 실험장치 사진을 보면 화원의 강도를 크게 하기 위해 양쪽 면에 각각 3개의 전기히터를 설치하였으며, 전기 히터에 의한 복사열은 폼에 조사되도록 구성하여 폼 내부 온도를 측정하였다. 전기 히터는 폼으로 덮인 강판(30cm X 30cm x 0.4cm) 위에 일정 복사량이 공급되도록 방향을 설정하였으며, 반사판을 설치하여 복사열의 손실은 작게 설계하였다.
- 분출되는 형상을 촬영하기 위해 카메라와 연동하여 조명을 사 용하였으며, 야간에 촬영을 하였다. 조명은 할로겐램프(220V, 500W)를 사용하였고, 5.6” TFT LCD Color TV를 사용하여 CCD 카메라의 조점을 조정 하였다.")
- 4를 보면, 복사열의 측정은 Schmidt-Boelter 형식의 열유속 변환기(heat flux transducer, MEDTHERM)& 사용하였고, 폼이 도포되는 시험 강판 (90(允招)에는 폼의 두께에 따른 온도를 측정하기 위해 높이 차를 두고 열전대를 설치하였다. 즉, TC 1은 강판에서 8cm 높이, TC 2는 7cm 높이, TC 8은 1cm 높이, TC 9는 강판에서의 온도를 측정하기 위해 10cm 원둘레에 높이 차를 두고 열전대를 설치하였다. 그 위에 일정한 두께로 폼을 도포한 후 강판을 전기 히터의 바로 아래에 위치시켰다.
- 증발온도 및 침투깊이 등의 폼 특성을 위한 측정은 폼이 강판에서 완전히 증발되는 5~15분 동안 수행하였다. 또한, 폼의 화재 지연시간을 측정하기 위해 강판 온도도 측정하였다.
- 또한, 폼의 화재 지연시간을 측정하기 위해 강판 온도도 측정하였다. 폼 내부 온도와 복사량은 데이터 수집장치 (YOKOGAWA, data acquisition control unit, DA-100, DS-600)를 이용하여 기록하였으며, 폼 표면의 온도를 가시화하기 위해 적외선 온도 즉정기(infiaed thermography, JENOPTIK, VAIUOSCAN3011)를 사용하였다.
- 폼 노즐의 방사특성을 알아보기 위해 폼 분무 노즐이 장착된 소화설비 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 Fig.
- 폼 분무 노즐이 장착된 이동식 소화설비 실험 장치의 저장 탱크에서 폼 용액을 이송하기 위한 펌프는 폼 약제를 사용하므로 스테인리스로 제작된 펌프 (EBARA, CDXM 70/156, 유량 20~100L/min)를 사용하여 부식을 방지하였다. 배관과 폼 분무 노즐이 연결되는 직전에 압력계를 설치하여 폼 분무 노즐의 방출압을 측정하였고 일정하게 조 절하였다.
- 폼의 수분 함유량을 알아보기 위해 폼의 체적을 측정하여 폼 팽창비를 계산하였으며, 폼 팽창비(foam expansion ratio, X<”)는 8~12 사이의 범위를 나타내었다. 팽창비는 일정 압력과 유량에서 폼 분무 노즐의 형상변수에 따라 변하게 되는데, 계산은 다음 식을 이용하여 구할 수 있다.
대상 데이터
- 苦 약세는 문 50 L에 ANSULITE(Ansul Fire Protection, Inc.) 3% 玉내한용 수성막폼(Aqueous Film Forming Foam: AFFF) 1.5L{r 혼합하이 사용하였다® 신머장지를 간략하게 구성하기 위해 叫례시)이장시 (proportioner)와 간으 혼합상치를 선치하지 않고 바 -S- 약제와 물身 저장댕m에서 온합하여 사용하였다. 정학한 약제량을 위해 10L마다 눈그이 있느 5000L 비 이 거를 사용하여, 97:3의 비 ？E- v： 4 약지〕 른 혼합하여 사용하였다
- 폼 노즐의 방사특성을 알아보기 위해 폼 분무 노즐이 장착된 소화설비 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 Fig. 2와 같이 약제와 물을 저장하는 탱크 (용량, 150 L)와 약제 혼합물을 방출시키는 펌 프, 그리고 폼 분무 노즐과 연결하는 배관으로 구 성하였다. (4)
- 새수통 1개의 용적은 소방검정기준에 의해 31cm X 31cm x 20cm로 제작하였으며, 각 재수 통의 폼 수집 무게를 매 실험마다 측정하였다. 즉 정한 저울은 범위가 10, 000g까지 1.0g 단위로 측정 할 수 있는 저울(CAS, 10CS)을 사용하였다.
- 폼 분무 노즌에서 방츤된 쫌에 복사열이 가해질 때 폼의 특성 파악을 위한 구성장치로는 크게 일 발생을 위한 가열장치, 폼을 농는 시험 강판, 그리고 데이터 수집 장치 등으로 구성하였다.
이론/모형
- Fig. 4를 보면, 복사열의 측정은 Schmidt-Boelter 형식의 열유속 변환기(heat flux transducer, MEDTHERM)& 사용하였고, 폼이 도포되는 시험 강판 (90(允招)에는 폼의 두께에 따른 온도를 측정하기 위해 높이 차를 두고 열전대를 설치하였다. 즉, TC 1은 강판에서 8cm 높이, TC 2는 7cm 높이, TC 8은 1cm 높이, TC 9는 강판에서의 온도를 측정하기 위해 10cm 원둘레에 높이 차를 두고 열전대를 설치하였다.
- 폼이 분무 노즐로부터 분출되는 순간 방출 형상을 가시하■하기 위해 CCD 카메라(Kodak, Ektapro HG Imager Model 2000)를 이용하였다. 분출되는 형상을 촬영하기 위해 카메라와 연동하여 조명을 사 용하였으며, 야간에 촬영을 하였다.
성능/효과
- (1) 폼 입자의 크기는 오리피스 목의 안지름이 커지거나 공기 흡입구가 없을 때 크게 나타났으며 분사각과 팽창비는 목 안지름이 증가하거나 공기 흡입구가 없을 때 작아졌다.
- (2) 분사형태는 공기 흡입구가 있는 경우, 속이 빈 방추형의 액막이 형성, 성장, 분열, 미립화되어 방출되고, 공기 흡입구가 없을 경우에는 폼 수용 액 이 딩 어리에시 신장, 분열, 흩어지 며 방줌되는 특징을 나타내었다.
- (3) 폼 내부의 온도 기울기는 폼 팽창비가 커질 수록 증가하지만 복사량이 증가함에 따라서는 거의 일정함을 알 수 있었다.
- 2, 11.4인 (c), (d)인 경우는 더욱 온도 상승 시간이 단축되었으며, 폼이 완전히 증발되는 강판의 온도 상승 시간도 약 300sec이하로 짧아진 것을 알 수 있다.
- 6 kW/m2 를 가하였을 때 적외선 온도 측정기 (infrared thermography)로 폼 표면의 온도를 가시화한 것이다. 가시화 결과를 비교 및 평가하기 위해 폼 표면에 열전대를 설치하여 온도를 측정하였는데 거의 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
- 반대로 팽 창비가 클 경우 화원에 폼이 많이 쌓이기 때문에 질식효과는 크고 냉각효과는 작게 나타났다. 따라서, 화재의 특성에 따라 폼 팽창비를 다르게 방출 할 수 있는 노즐을 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.
- 5mm, 공기 흡 입구 유), 분무 노즐 중심 하부에 지름이 약 35cm 정도는 폼이 거의 분포되지 않았지만, 전체적으로 는 균일한 분포를 나타내었다. 분포된 폼의 밀도 가 높은 영역은 지름이 약 210cm 정도까지 나타났으며, 약 210~280cm 정도에서는 밀도가 작게 나타났다.
- 이보다 더 상세한 연구로 Persson段은 폼 표면 바로 위에 원추 모양의 방열체로부터 복사열을 부가하는 방식으로 폼의 성능을 시험하였다. 여러가지 폼을 건조한 또는 인화물이 도포된 비 이커에 담은 후 폼의 수명과 증발율에 대하여 연구를 수행하였는데, 증발율은 통상적인 복사 강도에 비례한다는 것을 밝혔다. 하지만 폼 내부의 온도 측정 및 열적 특성 파악에 대한 내용은 부족 하였다.
- 2의 값을 나타내었다. 이 결과로 볼 때, 팽창비는 공기 흡입구보다 오리 피스 안지름에 의해 증가되는 것을 알 수 있다.
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