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축소 구획실에서 화원과 측벽의 거리에 따른 화재특성 변화
Changes in Fire Characteristics according to the Distance Between the Fire Source and Sidewall in a Reduced-Scale Compartment 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.33 no.1, 2019년, pp.50 - 59  

윤홍석 (대전대학교 대학원 방재학과 대학원) ,  황철홍 (대전대학교 소방방재학과)

초록
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과환기 화재조건에서 화원과 측벽의 거리에 따른 화재특성에 관한 실험 및 수치해석 연구가 수행되었다. 1/3 축소된 ISO 9705 화재실이 제작되었으며, Spruce wood crib이 연료로 사용되었다. 구획 내부의 현상 이해를 위하여 Fire Dynamics Simulator (FDS)를 활용한 시뮬레이션이 수행되었다. 개방된 공간 화재에 비해 구획실 화재는 벽면의 열 피드백 효과로 인하여 질량 감소율과 열발생률이 증가됨이 확인되었다. 측벽과 화원의 거리가 감소됨에 따라 화염으로의 공기 유입 제한에도 불구하고 주요 화재특성인 최대 질량 감소율, 열발생률, 화재 성장률, 온도 및 열유속이 증가되었다. 특히 측벽과 화원이 접촉되었을 때 이들 물리량의 가장 큰 변화가 확인되었다. 추가로 화원과 측벽의 거리에 따른 구획 내부의 유동구조의 변화로 인하여 온도의 수직분포에 상당한 변화가 발생됨이 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Experimental and numerical studies on the fire characteristics according to the distance between the fire source and sidewall under the over-ventilated fire conditions. A 1/3 reduced ISO 9705 room was constructed and spruce wood cribs were used as fuel. Fire Dynamics Simulator (FDS) was used for fir...

주제어

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 배경 하에 본 연구에서는 1/3 축소된 ISO 9705 표준 화재실 및 동일한 화재하중(Fire load)을 갖는 목재 화원을 이용하여, 측벽과 화원과의 거리에 따른 연료의 질량감소율, 열발생률, 구획 내부의 온도, 열유속 및 주요 화학종의 농도와 같은 화재특성 변화가 검토되었다. 구체적으로 화원과 측벽의 거리 이외에 환기조건과 구획 내부의 유동구조의 변화를 최소화시키기 위하여, 개구부 반대측 벽면의 위치 변화를 통해 화원과의 거리가 조절되었다.

가설 설정

  • 그 결과 점화 이후 화재성장 단계에서 FDS는 실험에서의 온도를 과대 예측하는 것이다. 둘째, 감쇠기 단계에서 FDS의 과소 예측은 부정확한 실험 결과에 의해 야기된 것이다. Han 등(24)에 의해 보고된 바와 같이 노출 비드형 열전대는 복사열이 존재하는 공간에서는 실제 비드 주위의 기체 온도보다 매우 높은 측정값을 제공한다.
  • 이때 화원의 입력정보는 실험에서 측정된 시간에 따른 질량 감소율이 적용되었다. 참고로, 실험에서는 초기 점화를 위한 헵탄 5 g과 목재 가연물의 질량 감소율이 개별적으로 측정되지 않았기 때문에, 측정된 질량 감소율은 모두 목재에 의해 발생된 것으로 가정되었다. 이러한 접근은 고려된 헵탄 연료의 질량이 매우 작아서 초기 열발생률 및 온도 상승에 큰 기여를 하지 않는다는 실험 결과를 통해 충분히 합리적이라고 판단되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본문의 측벽의 제한 효과(Restriction effect)로 인한 영향은 무엇인가? Ji 등(12)은 터널 모형을 대상으로 화원과 측벽의 거리 변화가 최대 연층온도에 미치는 영향에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 화원과 측벽의 거리가 감소되더라도 특정 거리 이상에서는 연층의 최대 온도에는 큰 변화가 없으나, 이 이하에서 급격하게 증가됨을 확인하였다. 저자는 이를 측벽의 제한 효과(Restriction effect)라 언급하였다.
화재의 중요 물리량은 무엇인가? 화재의 중요 물리량인 열발생률(Heat release rate), 화재성장률(Fire growth rate), 상층부 온도 및 연층의 하강속도등은 화재 안전성 평가에 가장 핵심이라 할 수 있다. 그러나 이들 물리량은 가연물의 종류, 양(면적)과 위치(분포), 구획실 내부의 형상 그리고 개구부의 크기 및 위치 등에 의해 복합적으로 영향을 받기 때문에, 특정 변수가 화재의 중요 물리량에 미치는 영향을 정량적으로 규명하기 위한 지속적인 연구가 수행되고 있다(1-3).
화원과 측벽의 거리 변화로 발생하는 변화는? 화원과 측벽의 거리 변화는 일차적으로 화원 근처의 제한된 공기 유입(Entrainment)을 가져오며, 이로 인한 화염길이, 연소효율, 열발생률, 연기의 질량유량 및 연층 온도 등의 변화를 가져올 수 있다. 동시에 화원 주위의 가열된 벽면으로부터 열 피드백(Thermal feedback)으로 인하여, 가연물의 기화 또는 열분해 속도가 증가되는 상호작용(Interaction)을 경험하게 된다.
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