[논문]복사열전달 수치해석을 통한 지표화 방화선 구축 폭 산정에 관한 연구

김동현

복사열전달 수치해석을 통한 지표화 방화선 구축 폭 산정에 관한 연구
Study on Mathematical Method of Radiation Heat Transfer for Estimating Width of Firebreak in Surface Fire 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.10 no.6, 2010년, pp.59 - 64

김동현 (국립산림과학원 산림방재연구과)

초록
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산불 지표화의 방화선 구축작업은 낙엽 및 관목류 등 지표 연료층을 제거함으로써 화염전파를 차단하는 대표적인 간접진화방법이다. 화재역학적인 의미의 방화선 구축은 화염으로부터 방출되는 열전달에너지에 미연소 연료가 착화되지 않도록 열전달 차단 구간을 설정하는 작업이다. 본 연구에서는 소나무 낙엽층에 대해 복사열전달 점열원 모델을 이용하여 풍속, 경사별로 지표화 화염을 방지할 수 있는 방화선 구축 폭 산정 방법을 제시하였고 평가를 실시하였다. 방화선 구축 폭은 소나무 낙엽 착화 임계 복사열유속인 $4.9\;kW/m^2$가 미치는 거리를 기준으로 평가하였다. 그 결과, 풍속 0~5 m/s, 경사 $0{\sim}50^{\circ}$ 조건에서의 방화선 구축 폭은 평균 화염 기준의 경우, 0.35~0.65 m, 최대 화염높이 기준의 경우, 0.75~1.05m로 산정되었다. 따라서 안전율을 고려한 적정 방화선 구축 폭은 최대 화염 높이를 적용한 1.05 m가 적합할 것으로 판단되며 향후, 실험 및 현장사례조사를 통하여 지표층 연료별 적정 방화선 구축 폭에 대한 비교분석 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Building a firebreak against surface forest fire is a typical indirect suppression method that stops spread of flame by removing surface fuel, such as fallen leaves and bushes. In the sense of fire dynamic, building a firebreak is to set a section which will block thermal energy from igniting on virgin fuel. This study suggests and evaluates a calculation method for width of firebreak against surface fire for variant wind and slope conditions by applying the Point Source Model (PSM) to fallen leaves of Pinus densiflora. Width of firebreak was measured based on the distance the threshold radiant heat igniting Pinus densiflora fallen leaves at the heat flux of $4.9\;kW/m^2$ reaches. As a result, at the wind velocity of 0~5 m/s and on the slope of $0{\sim}50^{\circ}$, the appropriate width of a firebreak was 0.35~0.65 m for the mean flame height and 0.75~1.05 m for the maximum flame height. Accordingly, considering the factor of safety, the most appropriate width of a firebreak is 1.05 m based on the maximum flame height. Additional comparative analyses through experiments and field surveys are deemed necessary to determine appropriate widths of firebreak for different types of surface fuel.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 우리나라 대표 침엽수인 소나무 지표층 연료를 대상으로 복사열전달 수치해석을 통해 효과적인 방화선 구축 폭 산정에 대해 연구를 실시하였다.

제안 방법

방화선 구축 폭 산정을 위해 표 1과 같이 우리나라 봄철건조한 소나무 낙엽층을 대상으로 풍속 0~5 m/s 범위에서 1 m/s 간격으로 6조건, 경사 0~50° 10° 간격으로 6조건 등 총 12 조건에 대해 실시하였다.
소나무 낙엽층 지표화 화염확산 방지를 위해 적정 방화선의 구축 폭 산정을 실시하였다. 방화선 구축폭 산정은 점열원 모델을 이용한 2차원 복사열전달 수치해석을 실시하였다. 그 결과 다음의 결론을 도출하였다.
소나무 낙엽층 지표화 화염확산 방지를 위해 적정 방화선의 구축 폭 산정을 실시하였다. 방화선 구축폭 산정은 점열원 모델을 이용한 2차원 복사열전달 수치해석을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 각 격자별 개별 화염의 열전달을 해석하기 위해 그림 4의 y축 화염격자를 9개 격자, 총 2.7 m의 화선을 적용하였다. 따라서 식 8로부터 식 11과 같이 각 단위화

이론/모형

산불에 대한 화염높이 산정식은 Albini(1981)가 1차원 화염높이 추정식을 H∝IB/U로 제시하였고 Nelson은 이를 바탕으로 실험을 통해 식 3과 같이 제시하였다.
여기서 식 4에 의해 구해진 화염높이의 중심점에 대한 3차원 위치 값은 x_f, y_f, z_f로 표시하였다. 화염으로부터 발산되는 단위면적당 열에너지 산출은 식 8의 점열원 모델(Point Source Model)을 이용하였다. 점열원 모델은 분출화염으로부터 거리 r만큼 떨어진 목표물에 전달되는 단위면적 및 단위시간당 복사열선속을 산정할 수 있다.

성능/효과

공중진화대원과 산불전문예방진화대원의 작업속도 비교에서는 공중진화대원의 작업속도가 약 2배가량 빠른 것으로 조사되었고 작업인원수에 따른 작업속도에서는 3인 1팀으로 작업하였을 경우 1인 1팀, 2인 1팀 작업에 비해 각각 1.85배, 1.2배가량 빠른 것으로 조사되었다.
1) 지표화 방화선 구축 폭 산정은 산불진화대원의 작업 효율성 증대뿐만 아니라 적정 방화선 구축 폭 작업 오류에 따른 화염확산 방지를 최소화 할 수 있는 접근법이 될 수 있다.
2) 소나무 낙엽층 착화 임계 복사열유속인 4.9 kW/m2가 미치는 거리를 기준으로 풍속 0~5 m/s, 경사 0~50o 조건에서의 방화선 구축 폭은 평균 화염 기준의 경우, 0.35~0.65 m, 최대 화염높이 기준의 경우, 0.75~1.05 m로 산정되었다.
3) 안전율을 고려한 적정 방화선 구축 폭은 최대 화염 높이를 적용한 1.05 m가 적합할 것으로 판단된다.
PSM을 이용한 화염의 열유속 분포를 분석한 결과, 무풍-평지조건의 경우 그림 5, 6에서 보이는 바와 같이 화염으로부터 거리가 멀어질수록 열유속이 점차 감소하는 것으로 나타났으며 화선에 대한 수평면 열유속은 화선 중심부가 가장 높게 분포 되었다. 이와 같은 열유속 분포 특성을 바탕으로 최대 열유속의 산정은 화선 중심축(y5)을 기준으로 산정해야 되는 것으로 나타났다.
소나무 낙엽층의 최대 화염 높이 약 1.46 m에 대한 풍속 및 경사 조건별 열유속 분포는 그림 8에 나타난 바와 같이 거리에 따라 반비례하는 경향을 보였고 풍속 및 경사가 증가할수록 열유속이 증가됨을 알 수 있다. 화염으로부터 이격거리별 열유속 분포는 화염의 중심높이인 약 0.
소나무 낙엽층의 평균 화염 높이 약 0.71 m에 대한 풍속 및 경사 조건별 열유속 분포는 그림 7에 나타난 바와 같이 거리에 따라 반비례하는 경향을 보였고 풍속 및 경사가 증가할수록 열유속이 증가됨을 알 수 있다. 화염으로부터 이격거리별 열유속 분포는 화염의 중심높이인 약 0.
이에 경사조건(0~50o) 및 풍속조건(0~5 m/s)에서의 화염각 (φ)에 대한 임계복사열유속인 4.9 kW/m2 영향 거리는 그림 9와 같이 평균 화염 높이에 대해서는 0.35~0.65 m, 최대화염 높이에 대해서는 0.75~1.05 m로 산정되었다, 따라서, 보다 안전한 화염확산 방지를 위한 방화선 구축 폭은 최대화염 높이를 적용한 약 1.05 m로 나타났다.

후속연구

향후, 실험 및 현장사례조사를 통하여 지표층 연료별 적정방화선 구축 폭에 대한 비교분석 연구와 함께 수관화 확산방지를 위한 방화선 구축 폭 산정 방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산불 지표화의 방화선 구축작업이란?	산불 지표화의 방화선 구축작업은 낙엽 및 관목류 등 지표 연료층을 제거함으로써 화염전파를 차단하는 대표적인 간접진화방법이다. 화재역학적인 의미의 방화선 구축은 화염으로부터 방출되는 열전달에너지에 미연소 연료가 착화되지 않도록 열전달 차단 구간을 설정하는 작업이다.
	화재역학적인 의미의 방화선 구축이란?	산불 지표화의 방화선 구축작업은 낙엽 및 관목류 등 지표 연료층을 제거함으로써 화염전파를 차단하는 대표적인 간접진화방법이다. 화재역학적인 의미의 방화선 구축은 화염으로부터 방출되는 열전달에너지에 미연소 연료가 착화되지 않도록 열전달 차단 구간을 설정하는 작업이다. 본 연구에서는 소나무 낙엽층에 대해 복사열전달 점열원 모델을 이용하여 풍속, 경사별로 지표화 화염을 방지할 수 있는 방화선 구축 폭 산정 방법을 제시하였고 평가를 실시하였다.
	소나무 낙엽 착화 임계 복사열유속인 $4.9\;kW/m^2$가 미치는 거리를 기준으로 평가한 결과는?	9\;kW/m^2$가 미치는 거리를 기준으로 평가하였다. 그 결과, 풍속 0~5 m/s, 경사 $0{\sim}50^{\circ}$ 조건에서의 방화선 구축 폭은 평균 화염 기준의 경우, 0.35~0.65 m, 최대 화염높이 기준의 경우, 0.75~1.05m로 산정되었다. 따라서 안전율을 고려한 적정 방화선 구축 폭은 최대 화염 높이를 적용한 1.

참고문헌 (15)

산림청 산림인력개발원 (2005) 산불진화대원 진화지침 p. 36.
김동현 (2009a) 경사에 따른 화염각 변화와 지표 화염 확산에 관한 연구, 한국방재학회논문집, 한국방재학회, 제9권, 제5호, pp. 57-62.

원문보기 상세보기
김동현 (2009b) 낙엽층 화염높이 산정에 관한 연구, 한국화재소방학회 논문지. 한국화재소방학회, 제23권, 제6호, pp. 365-371.
김동현 (2009c) 산불 지표화에서의 바람에 의한 화염각 변화 산정식 도출에 관한 준-수치해석 연구, 한국화재소방학회 논문지, 한국화재소방학회, 제 23권 5호, pp. 379-384.
Albini, F.A. (1981) A model for the wind-blown flame from a line fire. Combust. Flame, 43, pp. 155-174.

상세보기
Albini F.A (1985) A model for fire spread in wildland fuels by radiation. Combustion Sci. Technology. 42, pp. 229-58.

상세보기
Andrew A.G. Wilson (1988), Width of firebreak that is necessary to stop grass fires: some field experiments. Can. J. For. Res. 18(6): pp. 682-687.

상세보기
McCaffrey B. (1995), The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 2nd ed. Society of Fire Protection Engineers and National Fire Protection Association, Quincy, MA.
Kim D.H (2010) A study for surface fire behavior and flame spread model in forest fire. Ph.D Dissertation, Kyoto University.
Morandini F. Santono P.A. Balbi J.H. (2001) The contribution of radiant heat transfer to laboratory-scale fire spread under the influences of wind and slope. Fire Safety Journal 36. pp. 519- 543.

상세보기
Guy R. McPherson, G. Allen Rasmussen, Henry A. Wright, Carltonm M. Britton (1986) Management notes "Getting Started in Prescribed Burning". Texas Tech University. pp. 1-6.
NWCG (2004) Fireline Handbook, A publication of the National Wildfire Coordinating Group PMS 410-1 NFES 0065. pp. 437.
Santoni P.A. Balbi J.H. (1998), Modelling of two-dimensional flame spread across a sloping fuel bed. Fire Safety Journal 31. pp. 201-225.

상세보기
Mees R, Strauss D. and Chase R. (1993), Modeling Wildland Fire Containment With Uncertain Flame Length and Fireline Width. International Journal of Wildland Fire 3(3) pp. 179-185.

상세보기
Clark T.L. Jenkins M.A, Coen J.L, Packham D.R. (1996), A Coupled Atmosphere-Fire Model: Role of the Convective Froude Number and Dynamic Fingering at the Fireline. International Journal of Wildland Fire, Vol. 6 No. 4, pp. 177-190.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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