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[국내논문] WFDS를 이용한 풍속에 따른 산림화재 복사열 강도 평가
Evaluation of the Radiant Heat Effects according to the Change of Wind Velocity in Forest Fire by using WFDS 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.27 no.3, 2013년, pp.1 - 7  

송동우 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원) ,  이수경 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원)

초록
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전 세계적으로 기후변화 등의 원인으로 산림화재가 대형화되고 있다. 산림이 국토의 약 63.7 %를 차치하며, 산림에 인접해서 산업시설 등의 주요시설들이 많은 국내의 경우에는 산림화재가 대형재난으로 확산될 가능성이 매우 높다. 이에 본 연구에서는 수관화로 발달한 산림화재에서 화염의 복사열이 미치는 피해영향거리를 풍속의 변화에 따라 분석하였다. 또한, 영향거리를 분석하기 위하여 주변시설에 미칠 수 있는 복사열의 안전기준을 조사하였으며, 기준 복사열로 $5kW/m^2$$12.5kW/m^2$, $37.5kW/m^2$를 제시하였다. 산림화재 피해영향평가를 위해 FDS의 산림화재 확장 프로그램인 WFDS를 활용하였고, 해석조건으로 국내에 일반적으로 분포가 높은 산림조건에 대해 조사하여 이를 적용하였다. 그 결과는 풍속에 따른 복사열 최대영향거리로 제시하였다. 풍속 0~10 m/s에 있어서 풍속의 증가에 따라 영향거리도 증가하는 경향이 있으며, 풍속 8 m/s에서 영향거리가 최대가 되었다. 또한, 최대 영향거리는 수목 연료의 함수율 증가에 따라 크게 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구는 산림화재로 인한 주변시설의 피해영향을 정량적으로 평가하는데 기여할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The wildland fire intensity and scale are getting bigger owing to climate change in the world. In the case of domestic, the forest is distributed over approximately 63.7 % of country and the main facilities like a industrial facility or gas facility abuts onto it. Therefore there is potential that t...

주제어

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문제 정의

  • . 그러나 최근 컴퓨터 계산능력의 향상으로 인해 계산시간이 단축되고 있으므로, 본 연구에서는 적절한 격자크기를 선택하기 위해 격자크기에 따른 열방출량의 변화를 검토하였다. 다양한 D*/δx에 있어서의 열방출량의 변화를 Figure 1에 나타낸다.
  • 본 연구에서 산림화재로부터 인명, 설비 등에 피해를 줄 수 있는 영향거리를 제시하기 위해서 복사열로 인한 영향 기준을 조사하여 적용하였다. 피해영향평가를 위한 복사열에 대한 기준은 여러 기관에서 제시하고 있다.
  • 풍속 변수에 대해서 H가 0 m 이상의 고도에서 최대 10 m/s까지 2 m/s씩 증가시키면서 풍속의 변화에 따른 복사열의 영향거리의 변화를 살펴보았다. 본 연구에서 풍속에 대한 변수 입력은 대기 상에서 고도에 따른 풍속변화를 고려하였다.
  • 또한, 복사열은 수관화의 크기에 의존하며, 수관화의 크기는 산림의 연소특성에 의해 결정되어진다. 본 연구에서는 연소특성에 크게 영향을 미칠 것이라 생각되어지는 나무의 함수율에 따른 피해영향범위의 의존성도 함께 검토하였다.
  • 본 연구의 주요 관심은 산림화재가 지표면을 따라 수관화로 발달한 상황을 가정하였을 때 주변 환경에 미칠 수 있는 피해영향범위를 예측하는 것이다.

가설 설정

  • 또한 강원도 영동지역에서 자생하는 주요 교목류, 관목류, 초본류에 대한 화재전파특성 실험 결과, 소나무가 연소 시 가장 많은 열량을 방출하였기 때문에 평가 대상을 소나무로 선정하였다(14). Figure 2에서 확인되는 것과 같이 본 계산에서는 소나무는 높이 10 m, 폭 2 m, 나무 간격은 2m 로 가정하였다.
  • 산림화재에 대한 연료조건은 산림지역 별로 매우 다양하기 때문에 피해영향평가 시 대상의 지역의 특성에 맞는 조건을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 국내에 일반적으로 분포가 높은 소나무를 가정하여 적용하였다. 국내 임상분포에서는 침엽수림이 40.
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참고문헌 (23)

  1. S. Y. Bae, D. H. Kim, H. S. Ryou and S. H. Lee, "A Numerical Study on the Effects of the Wind Velocity and Height of Grassland on the flame Spread Rate of Forest Fires", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 22, No. 3, pp. 252-257 (2008). 

  2. D. H. Kim, T. Tanaka, K. Himoto, M. B. Lee and K. I. Kim, "A Numerical Study of 1-D Surface Flame Spread Model - Based on a Flatland Conditions - ", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 22, No. 2, pp. 63-69 (2008). 

  3. D. H. Kim, "Semi-numerical Study on the Flame Tilt Equation due to Wind on the Surface Fire in Forest Fire", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 23, No. 5, pp. 90-95 (2009). 

  4. D. H. Kim, M. B. Lee and T. Tanaka, "Estimation of Surface Firebreak through Mathematical Method for Radiative Heat Transfer", Proceedings of 2010 Autumn Annual Conference, Korean Institute of Fire Science & Engineering, pp. 144-147 (2010). 

  5. Russell A. Parsons, Jeremy Sauer and Rodman R. Linn, "Crown Fuel Spatial Variability and Predictability of Fire Spread", VI International Conference on Forest Fire Research (2010). 

  6. Russell A. Parsons, William Mell and Peter McCauley, "Modeling the spatial distribution of forest crown biomass and effects on fire behavior with FUEL3D and WFDS", VI International Conference on Forest Fire Research (2010). 

  7. W. E. Mell, "User Guide to WFDS - this is a work in progress", NIST, US (2010). 

  8. W. E. Mell, M. A. Jenkins, J. Gould and P. Cheney, "A Physics-based approach to Modelling Grassland Fires", International Journal of Wildland Fire, Vol. 16, pp. 1-22 (2007). 

  9. W. E. Mell, A. Maranghides, R. McDermott and S. L. Manzello, "Numerical Simulation and Experiments of Burning Douglas Fir Trees", Combustion and Flame, Vol. 156, No. 10, pp. 2023-2041 (2009). 

  10. Kevin McGrattan, Randall McDermott, Simo Hostikka and Jason Floyd, "Fire Dynamics Simulator (Version 5) User's Guide", National Institute of Standards and Technology (2010). 

  11. K. Hill, J. Dreisbach, F. Joglar, B. Najafi, K. McGrattan, R. Peacock and A. Hamins, "Verification and Validation of Selected Fire Models for Nuclear Power Plant Applications. NUREG 1824", United States Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC (2007). 

  12. "Statistical Yearbook of Forestry", Korea Forest Service (2012). 

  13. D. H. Kim, M. S. Won and M. B. Lee, "A Case Study of Forest Fire Spread in Yangyang", Annual Conference, Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, No. 2, pp. 109-113 (2005). 

  14. Y. J. Pack, "A Study on Forest Fire Risk in Youngdong Areas Through Combustional Characteristics of Forest Fuel", Kangwon National University (2009). 

  15. W. E. Mell, S. L. Manzello and A. Maranghides, "Numerical Modeling of Fire Spread through Trees and Shrubs", International Conference on Forest Fire Research, ICFFR (2006). 

  16. Elisa Schulz Baker, "Burning Characteristics of Individual Douglas-Fir Trees in the Wildland/Urban Interface", Worcester Polytechnic Institute (2011). 

  17. "2010 Statistical Yearbook of Forest Fire", Korea Forest Service (2011). 

  18. M. S. Won, K. S. Koo and M. B. Lee, "An Analysis of Forest Fire Occurrence Hazards by Changing Temperature and Humidity of Ten-day Intervals for 30 Years in Spring", Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 8, No. 4, pp. 250-259 (2006). 

  19. KOSHA CODE P-31-2001, "Technique for Damage Assessment", Korea Occupational Safety & Health Agency (2001). 

  20. NFPA 59A, "Standard for the Production, Storage, and Handling of Liquefied Natural Gas (LNG)", National Fire Protection Association (2009). 

  21. HSE, "Fire and Explosion Strategy, Issue 1", Heath and Safety Executive, http://www.hse.gov.uk/offshore/strategy/effects.htm. 

  22. EN 1473, "Installation and Equipment for Liquefied Natural Gas - Design of Onshore Installations", European Standard (2007). 

  23. NFPA 921, "Guide for Fire and Explosion Investigations", National Fire Protection Association (2008). 

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