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익수자 체온 저하에 미치는 팽창식 구명동의의 단열효과 수치 분석
Thermal Insulation Effect of Inflatable Life Vest on the Drowned Individual estimated by Numerical Analysis 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.39 no.4, 2015년, pp.285 - 291  

김성찬 (인하공업전문대학 조선해양과) ,  이경훈 (선박안전기술공단) ,  황세윤 (인하대학교 산업과학기술연구소) ,  이진성 (인하대학교 대학원) ,  이장현 (인하대학교 조선해양공학과)

초록
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해상 사고에 의한 익수자는 저체온증에 의한 사망 위험에 노출되어 있다. 구명 동의 등을 착용함으로써 부력은 유지할 수 있으나 해수의 낮은 온도에 의한 신체의 열손실은 짧은 시간 내에 체온을 하강시키고 그에 따른 저체온증 사망이 우려된다. 전통적인 구명 동의는 고체형 부력체를 사용하여 부력을 향상 시키고 있으나, 구명 동의에 공기를 채움으로써 부력 및 체온 보존 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 고체형 충진재를 이용한 기존의 비 팽창형 구명 동의와 공기를 채운 팽창형 구명 동의의 단열 성능을 비교하고, 각각의 방법이 체온 변화에 미치는 영향을 정성적으로 평가하고자 한다. 먼저 열저항 모델을 이용한 대략적인 단열 성능의 비교를 실시하고, 유한요소법을 이용하여 Pennes의 신체 열전달 해석을 수행하여 시간에 따른 체온 변화를 수치적으로 검토하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Exposure to cold sea water can be life-threatening to the drowned individual. Although appropriate life jacket can be usually be provided for the buoyance at the drowning accident, heat loss can make the drowned individual experience the hypothermia. Inflatable life jackets filled with inflatable ai...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 단점을 보완하기 위해서 공기 팽창식 구명 동의는 신체 면과의 거리가 좁은 밀착형으로써, 해수와 접하는 면을 줄임과 동시에 단열 성능을 가질 수 있을 것으로 예상된다. 본 논문은 비팽창식 구명 동의와 팽창식 구명 동의의 체온 보전 성능을 비교함으로서 각 동의의 열적 특성을 비교하고 해수 입수 시에 체온 저감 효과를 비교하고자 한다.
  • 신체의 복부는 심장, 폐, 위장, 간과 복잡한 혈관 등이 있기 때문에 3차원 형상 및 각장기의 재료 특성을 엄밀하게 반영하여 해석하는 것이 불가능할 뿐만 아니라 정확성도 보장할 수 없다. 본 연구는 우선 피부 및 근육과 뼈만을 고려하여 체온의 정성적인 변화 유형을 살펴보았다. 체온 변화 비교는 대퇴부만을 대상으로 온도 변화와 열 유속 (Heat flux)을 비교함으로써 상대적인 열저항 효과를 비교하고자 한다.
  • 본 연구는 팽창식 구명 동의를 개발함에 있어서 단열 효과의 정성적인 경향을 파악하기 위하여 실시하였다. 이를 위하여 비팽창식 동의가 신체와 해수의 접촉을 막지 못한다는 가정과, 팽창식 동의가 신체와 해수의 접촉을 차단한다는 이상적인 가정을 통해 신체 온도 변화를 분석하였다.
  • 앞 절에서는 각 유형별 단열 성능의 정도를 비교하였으며, 본 절에서는 신체 온도 변화의 정도를 파악하고자 한다. 인체 온도는 각 개인의 연령, 성별, 체중, 신진 대사 상태 등 다양한 조건에 따라 결정되므로 정확하게 정량적인 변화를 추정하기는 어렵다.
  • 앞선 언급한 바와 같이 본 연구의 열전달 해석 목적은 밀착식, 비 밀착형 동의의 착용에 따른 열 유속 비교를 통하여 체온 보존 효과를 비교하고, 대류 열전달 및 열 유속을 비교함으로서 열 손실 정도를 비교함에 있다. Xu et al.
  • 본 연구는 우선 피부 및 근육과 뼈만을 고려하여 체온의 정성적인 변화 유형을 살펴보았다. 체온 변화 비교는 대퇴부만을 대상으로 온도 변화와 열 유속 (Heat flux)을 비교함으로써 상대적인 열저항 효과를 비교하고자 한다.

가설 설정

  • 특히, 신체 피부 조직은 내부 장기, 근육, 피부, 혈관, 뼈 등 매우 복잡한 구조로 구성되어 있다. Fig. 5는 사지의 대략적인 피부 구조이며, 피부조직(skin), 피하지방(Fat), 근윤(Muscle), 그리고 뼈 조직으로 구성되었다고 가정하였다. Fig.
  • 6은 대퇴부(Thigh)의 단면 형상을 보인 것이다. Table 3 은 신체의 일반적인 기하학적 치수를 정리한 것이며 본 연구에서는 대퇴부 직경은 12 cm로 가정하였다. 대퇴부 형상 및 상세한 신체부위의 치수는 기존 논문을 참조하여 Table 4와 같이 가정하였으며, 해석모델의 치수는 Fig.
  • Table 3 은 신체의 일반적인 기하학적 치수를 정리한 것이며 본 연구에서는 대퇴부 직경은 12 cm로 가정하였다. 대퇴부 형상 및 상세한 신체부위의 치수는 기존 논문을 참조하여 Table 4와 같이 가정하였으며, 해석모델의 치수는 Fig. 6과 Fig. 7에 도시하였다.
  • 본 연구는 팽창식 구명 동의를 개발함에 있어서 단열 효과의 정성적인 경향을 파악하기 위하여 실시하였다. 이를 위하여 비팽창식 동의가 신체와 해수의 접촉을 막지 못한다는 가정과, 팽창식 동의가 신체와 해수의 접촉을 차단한다는 이상적인 가정을 통해 신체 온도 변화를 분석하였다. 해석을 통하여 동의의 단열 성능 보다는 해수와 접촉 차단의 효과가 훨씬 크다는 점과 동의의 적절한 두께 선정 기준을 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
익수자가 견딜 수 있는 평균시간은 어떻게 되는가? 이에 따라 특정한 온도 보다 더 낮은 저체온증으로 인한 생명의 위협이 따르기도 한다. 일반적으로 저체온증은 체온보다 차가운 물속에 인체가 잠겨 있고, 특히, 섭씨 21[℃]이하) 발생하고 중심체온이 35[℃]이하로 내려가면 심장, 뇌, 폐, 기타 생명에 중요한 장기의 기능이 저하되기 때문에 익수자가 견딜 수 있는 평균시간은 해수온도가 -1[℃] 이하일 때 15분 미만, 4[℃]에서는 90분, 10[℃] 미만에서는 3시간, 16[℃]에서는 6시간 정도로 알려져 있다(Kim, 2005).
저체온증의 발생원인과 그 증상은 무엇인가? 이에 따라 특정한 온도 보다 더 낮은 저체온증으로 인한 생명의 위협이 따르기도 한다. 일반적으로 저체온증은 체온보다 차가운 물속에 인체가 잠겨 있고, 특히, 섭씨 21[℃]이하) 발생하고 중심체온이 35[℃]이하로 내려가면 심장, 뇌, 폐, 기타 생명에 중요한 장기의 기능이 저하되기 때문에 익수자가 견딜 수 있는 평균시간은 해수온도가 -1[℃] 이하일 때 15분 미만, 4[℃]에서는 90분, 10[℃] 미만에서는 3시간, 16[℃]에서는 6시간 정도로 알려져 있다(Kim, 2005).
비 팽창식의 통상적인 구명 동의의 단점을 보완하기 위한 방법은 무엇인가? 통상적인 구명 동의는 비팽창식으로 익수자의 부력을 확보하기 위하여 폴리우레탄 폼을 이용하고 있으나, 신체 밀착도가 떨어지고 해수가 접하는 신체 면과 넓어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 공기 팽창식 구명 동의는 신체 면과의 거리가 좁은 밀착형으로써, 해수와 접하는 면을 줄임과 동시에 단열 성능을 가질 수 있을 것으로 예상된다. 본 논문은 비팽창식 구명 동의와 팽창식 구명 동의의 체온 보전 성능을 비교함으로서 각 동의의 열적 특성을 비교하고 해수 입수 시에 체온 저감 효과를 비교하고자 한다.
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참고문헌 (8)

  1. Kim, M. J.(2008), "Numerical Analysis on Body Temperature Change with Heating Life Vest", Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 14, No. 3, pp. 241-245. 

  2. Kim, K. W., Jang C. M., Park, J. O., and Lee, H. J. (2014), "A Study on the Development of Inflatable Life Raft Performance Criteria for Small Fishing Vessels", Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 20, No. 5, pp. 558-563. 

  3. Mak, L., Kuczora, A., DuCharme, M. B., Boone, J., Brown, R., Farnworth, B., and MacKinnon, S.(2008), "Assessment of Thermal Protection of Life rafts in Passenger Vessel Abandonment Situations", Proceedings of ASME 2008 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, American Society of Mechanical Engineers. pp. 389-398. 

  4. Pennes, H.H. (1948), "Analysis of tissue and arterial blood temperatures in resting human forearm", Journal of Applied Physiology, Vol. 1, pp. 93-122. 

  5. Tikuisis, P., Jacobs, I., Moroz, D., Vallerand, A.L., and Martineau, L.(2000), "Comparison of thermoregulatory responses between men and women immersed in cold water", Journal of Applied Physiology, Vol. 89, No.4, pp. 1403-1411. 

  6. Xu, X., Tikuisis, P., Gonzalez, R., and Giesbrecht, G. (2005), "Thermoregulatory model for prediction of long-term cold exposure", Computers in Biology and Medicine, Vol. 35, No. 4, pp. 287-298. 

  7. Xu, X., Turner, C. A. and Santee, W. R. (2011), "Survival time prediction in marine environments", Journal of Thermal Biology, Vol. 36, No. 6, pp. 340-345. 

  8. Yildirim, E. D., and Ozerdem, B. (2008), "A numerical simulation study for the human passive thermal system", Energy and Buildings, Vol. 40, No. 7, pp. 1117-1123. 

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