본 연구에서는 지표화의 대표적인 연소물질인 굴참나무(Quercus Variabilis: Q.V.)와 소나무(Pinus Densiflora: P.D.) 낙엽을 이용하여 연료의 밀도 변화에 따른 열 유체속도, 연소온도, 질량감소속도, 화염높이 및 연소시간 등의 연소특성을 분석하였다. 바스켓 높이는 10cm, 지름 20, 30, 40 그리고 50cm의 원통형 바스켓에 밀도별로 각각 채운 후 표면에 점화원을 인가하여 실험을 실시하였다. 침엽수종 낙엽의 경우 밀도와 지름의 증가함에 따라 질량감소속도, 화염지속시간, 화염의 높이 그리고 연소시간은 증가한 반면, 활엽수종 낙엽의 경우 질량감소속도와 화염높이는 증가하다가 감소하였으며 화염지속시간과 연소시간은 증가하였다. 또한, 기체유속 및 온도는 화염 높이가 커질수록 증가하는 경향을 나타내었다.
본 연구에서는 지표화의 대표적인 연소물질인 굴참나무(Quercus Variabilis: Q.V.)와 소나무(Pinus Densiflora: P.D.) 낙엽을 이용하여 연료의 밀도 변화에 따른 열 유체속도, 연소온도, 질량감소속도, 화염높이 및 연소시간 등의 연소특성을 분석하였다. 바스켓 높이는 10cm, 지름 20, 30, 40 그리고 50cm의 원통형 바스켓에 밀도별로 각각 채운 후 표면에 점화원을 인가하여 실험을 실시하였다. 침엽수종 낙엽의 경우 밀도와 지름의 증가함에 따라 질량감소속도, 화염지속시간, 화염의 높이 그리고 연소시간은 증가한 반면, 활엽수종 낙엽의 경우 질량감소속도와 화염높이는 증가하다가 감소하였으며 화염지속시간과 연소시간은 증가하였다. 또한, 기체유속 및 온도는 화염 높이가 커질수록 증가하는 경향을 나타내었다.
This paper shows combustion characteristics of fallen leaves of Quercus variabilis and Pinus densiflora according to variation of mass densities. Combustion temperature, mass loss rate, flame height, duration of combustion and velocity of hot gas are measured and analyzed. For the experiment 10cm he...
This paper shows combustion characteristics of fallen leaves of Quercus variabilis and Pinus densiflora according to variation of mass densities. Combustion temperature, mass loss rate, flame height, duration of combustion and velocity of hot gas are measured and analyzed. For the experiment 10cm heighted baskets with varying diameters of 20, 30, 40 and 50cm are used for the combustion and the pilot ignition is carried on the top of the fuel. In case of Pinus densiflora mass loss rate, duration of flame, flame height and combustion time become larger as the mass density and diameter of basket increase, on the other hand Quercus variabilis shows saturation characteristics in mass loss rate and flame height. Velocity of hot gas is proportional to flame height.
This paper shows combustion characteristics of fallen leaves of Quercus variabilis and Pinus densiflora according to variation of mass densities. Combustion temperature, mass loss rate, flame height, duration of combustion and velocity of hot gas are measured and analyzed. For the experiment 10cm heighted baskets with varying diameters of 20, 30, 40 and 50cm are used for the combustion and the pilot ignition is carried on the top of the fuel. In case of Pinus densiflora mass loss rate, duration of flame, flame height and combustion time become larger as the mass density and diameter of basket increase, on the other hand Quercus variabilis shows saturation characteristics in mass loss rate and flame height. Velocity of hot gas is proportional to flame height.
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문제 정의
본 연구에서는 산불 연료형별 연소물량이 많은 침엽수종인 소나무 낙엽과 활엽수종인 굴참나무 낙엽을 선택하여 밀도변화에 대한 수직 온도분포, 질량감소 속도, 화염의 높이, 연소시간, 기체유속 및 온도 등의 연소특성을 측정하였다. 이들 연소분석을 통하여 얻어진 데이터는 지표화의 위험성 및 산불확산모델 개발에 있어 기초자료로 활용하고자 한다.
가설 설정
화염 높이에 영향을 받으며, 화염이 높게 측정될 경우 기체유속 및 온도는 증가한다. 화염높이와 온도는 비례 관계를 보인다.
제안 방법
본 연구에서는 산불 연료형별 연소물량이 많은 침엽수종인 소나무 낙엽과 활엽수종인 굴참나무 낙엽을 선택하여 밀도변화에 대한 수직 온도분포, 질량감소 속도, 화염의 높이, 연소시간, 기체유속 및 온도 등의 연소특성을 측정하였다. 이들 연소분석을 통하여 얻어진 데이터는 지표화의 위험성 및 산불확산모델 개발에 있어 기초자료로 활용하고자 한다.
실험은 산림내 지표 연료층의 두께 및 밀도와 비슷한 조건에서 하기위해 소나무와 굴참나무 낙엽을 지름이 각각 20, 30, 40, 50cm 높이 10cm인 바스켓에 넣고, 온도분포, 질량감소속도, 화염의 높이, 연소시간, 화염지속시간, 열방출속도, 기체유속 및 온도 등의 연소특성을 측정하였다. Table 1은 바스켓의 직경과 지표연료의 단위 면적당 무게를 달리하여 만든 시료의 구성표로 동일 바스켓 크기를 기준으로 하여 중량변화 따른 밀도 비는 1 : 1.
대상 데이터
25이다. 각 시료의 경우 5회 이상의 반복 실험을 통하여 총 160여회 이상 측정하였으며, 1초 단위로 측정 데이터를 수집한 후 분석하였다.
바스켓 주위에는 20개(T12~T31)의 일반 실드 처리된 K-type 열전대를 설치하였으며, 주위온도를 측정하기 위해 T32를 설치하였다. Thermocouple 32개를 동시에 National Instrument사의 DAQ를 이용, 1초에 1개의 데이터를 엑셀로 저장 분석하였다.
지표화 연료에 대한 연소특성 분석에 사용된 시료는 침엽수종인 소나무 낙엽과 활엽수종인 굴참나무 낙엽으로 야산에서 채집하였으며, 시료의 동일한 함수율 조건을 맞추기 위해 45o C의 건조기에서 168h 동안 건조시킨 후 사용하였다. 연소특성 실험에 사용된 시료의 함수율은 10~15%로 A&D(MX-50)사 수분측정기기를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
2) 소나무 낙엽의 밀도 변화에 따라 MLR가 최대 약 3.5~6배 정도 증가하였으며, 굴참나무 낙엽는 MLR가 최대 약 4.8~6.5배 정도 증가하다가 낙엽밀도가 15.9kg/ m3부근에서 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한 동일한 밀도조건에서 소나무 낙엽이 굴참나무 낙엽에 비해 빠른 질량감소 속도를 나타내었으며, 이는 두 시료간의 평균 열량값 차이와 낙엽의 형태에 따라 공기 유입량의 차이에서 기인된 것으로 판단된다.
3) 굴참나무 낙엽은 밀도가 증가함에 따라 화염의 높이는 감소한 반면 화염지속시간은 증가하였다. 이 이유는 밀도가 증가함에 따라 공기 유입량이 감소하여 발생되는 것으로 판단된다.
4) 굴참나무 낙엽의 연소시간은 소나무 낙엽에 비해 공극이 줄어들기 때문에 공기의 유입량이 현저히 떨어지고, 화염 높이는 감소한 반면 전체 연소시간은 약 4배 증가한 것으로 측정 되었다.
5) 기체유속 및 온도는 화염 높이에 영향을 받으며, 화염 높이가 증가 할수록 기체유속 및 온도는 증가하는 비례관계를 보이고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
표면에 점화원을 인가하여 진행한 실험의 결과는 무엇인가?
바스켓 높이는 10cm, 지름 20, 30, 40 그리고 50cm의 원통형 바스켓에 밀도별로 각각 채운 후 표면에 점화원을 인가하여 실험을 실시하였다. 침엽수종 낙엽의 경우 밀도와 지름의 증가함에 따라 질량감소속도, 화염지속시간, 화염의 높이 그리고 연소시간은 증가한 반면, 활엽수종 낙엽의 경우 질량감소속도와 화염높이는 증가하다가 감소하였으며 화염지속시간과 연소시간은 증가하였다. 또한, 기체유속 및 온도는 화염 높이가 커질수록 증가하는 경향을 나타내었다.
참고문헌 (14)
김장환, 김응식, 이명보, 김동현, 박형주, "연료의 열 량분석에 관한 실험방법 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.22, No.3, pp.258-264(2008).
J.L. Dupuym, J. Marechal, and D. Morvan, "Fires from a Cylindrical Forest Fuel Burner: Combustion Dynamics and Flame Properities", Combustion and Flame, pp.65-76(2003).
John L. De RIS, Peter K. Wu, and G. Heskestad, "Radiation Fire Modeling", Vol.28, pp.2751-2759 (2000).
James G. Quintiere, "Principles of Fire Behavior", Delmar Publishers, pp150-168(2004).
B.J. McCaffrey, "Purely Buoyant Diffusion Flames: Some Experimental Results", National Bureau of Standards Report No NBSIR79-1910(1979).
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