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[국내논문] 담뱃불에 의한 낙엽 착화에 대한 연구
Study on the Ignition of Fallen Leaves by a Cigarette Butt 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.24 no.5, 2010년, pp.39 - 49  

김동현 (국립산림과학원 산림보전부 산림방재연구과) ,  이명보 (국립산림과학원 산림보전부 산림방재연구과)

초록
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본 연구에서는 담뱃불에 의한 낙엽 착화 특성에 대해 실험과 수치 해석을 이용하여 담뱃불로 인한 산불 발생 위험성에 대해 구명하고자 한다. 실험 방법은 P. densiflora와 Q. variabilis 2종의 낙엽에 대해 수분함유량, 풍속, 바람방향 대비 담뱃불 위치, 낙엽에서의 담뱃불 위치, 담배 굵기, 낙엽의 부서짐 정도, 경사조건 등 총 2,304 조건에 대해 5회 반복실험을 실시하였다. 낙엽의 온도변화는 전산수치해석을 통해 분석하였다. 실험 결과, 전체 2,304 조건의 실험에서 약 8.6%인 197조건에서 발화가 되었고 각 조건별 5회 반복실험에서 모두 발화된 최적조건은 전체의 약 0.6%인 13조건으로 조사되었다. 담뱃불로 인해 100% 발화가 가능한 최적 조건은 수분함유량 15% 미만, 부서진 낙엽상태, 풍속 2.0m/s 이상, 담뱃불이 낙엽에 덮여 있는 조건이 일치할 경우인 것으로 분석되었다. 열전달 수치해석을 이용한 Q. variabilis 낙엽의 온도변화를 분석한 결과, 담뱃불 부근의 낙엽 바닥면에서 약 $307^{\circ}C$(Max. $317^{\circ}C$) 이상 온도가 지속 되는 것으로 나타났다. 따라서 Q. variabilis의 자연발화 및 착화온도가 각각 $307^{\circ}C$, $305^{\circ}C$인 것에 비추어 담뱃불로 인한 발화가 가능한 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to find out the environment vulnerable to cigarette fire in which smoldering fire grows into flame fire, a cigarette combustion test and numerical analysis were performed using fallen leaves of P. densiflora and Q. variabilis. Tests were repeated five times on 2,304 conditions with four cas...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 국내 연구에서는 담배에 의한 착화성에 관한 실험 연구는 발표된 바 없으며 천연 섬유, 쌀겨, 전분 등 분진에 대한 연소특성 및 훈소 위험성에 대한 연구가 진행된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 주요수종인 소나무와 굴참나무 낙엽을 대상으로 담뱃불에 의한 훈소 연소가 화염 연소로 전이될 수 있는 조건을 실험을 통해 알아보고자 한다. 또한 열전달과정에 대한 수치해석을 통해 온도변화를 분석하여 담뱃불에 의한 낙엽 착화가능성에 대해 증명하였다.
  • variabilis 두 수종의 낙엽에 대해 온전한 낙엽과 온전한 낙엽의 약 3% 크기로 잘게 부서진 낙엽에 대해 실험하였다. 도로주변 또는 산책로 주변 등 사람이 다니는 곳의 낙엽은 온전하지 않고 부서져 있기 때문에 담뱃불 발화율에 어떤 영향이 있는지 살펴보기 위해 부서진 낙엽에 대해 실험을 실시하였다. 낙엽 착화실험에서 동일한 수분조건으로 반복실험을 실시하기 위해 젖은 낙엽을 80°C 열풍건조기에 건조시켜 시간경과에 따라 달라지는 수분함유량의 낙엽을 밀폐용기에 보관하여 실험을 실시하였다.
  • 자연상태의 담뱃불의 연소방향은 정방향 훈소 연소이지만 바람의 방향과 반대방향일 경우 역방향 훈소 형태로 정방향 연소에 비해 느린 연소속도를 나타내게 된다. 따라서 담뱃불 변화에 대한 착화율 차이를 살펴보고자 한다. 낙엽 층에서의 담뱃불 위치는 Figure 4에서 보이는 바와 같이, 낙엽 위, 낙엽 중간, 낙엽 바닥 3가지에 대해 실험하였다.
  • 본 연구에서 실시한 담뱃불 낙엽 착화 실험과 수치해석을 통한 낙엽부위별 온도변화 분석 결과를 토대로 다음과 같이 정리하고자 한다.
  • 결론적으로 담뱃불은 산불을 발생시킬 수 있고 이로 인해 2005년 양양산불과 같은 재해를 가져올 수 있는 불씨가 될 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해서는 흡연자들에 대한 지속적인 계도 및 방지활동에 대한 필요성과 함께 화재발생 위험성이 보다 낮은 화재안전담배를 사용할 것을 제안하고자 한다.

가설 설정

  • 일반적으로 산불위험시기의 낙엽 수분함유량은 15% 미만이지만 20% 이상의 수분함유량 조건에서도 담뱃불로 인한 발화가 가능한지 함께 실험하였다. 풍속별 실험은 풍속이 빠를수록 공기유입량이 증가하고 이로 인해 훈소 면적이 증가되는 것에 가정을 두고 풍속별 착화실험을 실시하였다. 경사조건은 평지, 20º 등 2가지 조건에 대해 실험하였다.
  • 담배의 연소 조건은 연소속도 0.095mm/s, 담뱃불 최대온도 600ºC로 설정하였고 대기온도조건에서 10초 후에 담배의 온도가 최대온도로 상승하여 지속적으로 연소되는 것을 가정하였다.
  • densiflora fallen leaves, (c) thermal image during ignition of Q. variabilis fallen leaves, (d) thermal image during ignition of P. densiflora fallen leaves.
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참고문헌 (12)

  1. 산림청, "산불통계연보", 산림청(2001-2009). 

  2. 日本總務省消防廳, "消防白書", 日本總務省消防廳 (2001-2009). 

  3. 김동현, 이명보, 강영호, 이시영, "지표물질 착화성 실험을 통한 발화위험성 분석", 한국방재학회 학술발표대표 논문집, pp.379-384(2006). 

  4. 이창우, 김정환, 현성호, "천연섬유분진의 연소특성에 관한 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.13, No.1, pp.3-10(1999). 

  5. 이창우, 김정환, 현성호, "쌀겨 분진의 훈소 위험성에 관한 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.13, No.2, pp.12-17(1999). 

  6. 김정환, 현성호, 이창우, "전분 분진의 연소특성에 관한 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.15, No.2, pp.1-5(2001). 

  7. R. Baker, "Temperature Variation Within a Cigarette Combustion Coal During the Smoking Cycle", High Temperature Science 7, p.236(1975). 

  8. A. Egerton, K. Gugan, and F.J. Weinberg, "The Mechanism of Smoldering in Cigarettes", Combustion and Flame 7, p.63(1963). 

  9. Henri E. Mitler and George N. Walton, "Modeling the Ignition of Soft Furnishings by a Cigarette. National Institute of Standards and Technology", Special Publication, p.852(1993). 

  10. R. NII, "Burning Characteristics of Japanese Cigarets on Several Conditions", Fire Research Institute of Japan. Report of Fire Research Institute of Japan 6, pp.1-10(1955). 

  11. R. Haubner and K. Kopf, "Proc. 3rd Intern. Symp. Surface Modification Tech.", eds T.S. Sudarshan, D. G. Bhat, p.325(1980). 

  12. U.S. Fish & Wildlife Service, 'Archived FWS Program Statistics', http://www.fws.gov/fire/. 

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