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터널화재시 자연환기에 의한 연기거동에 관한 실험적 연구
김충익,유홍선,이성룡,박현태 대한설비공학회 2002 설비공학 논문집 Vol.14 No.3
In this study, reduced-scale experiments were conducted to analyze smoke movement in tunnel fire with roof vent. The 1/20 scale experiments were carried out under the Froude scaling using gasoline pool fire ranging from 7.3 to 15.4 cm in diameter with total heat release rate from 1.0 to 8.46kw. In case of 1 m high vent, smoke front reached to the tunnel exit at about 16 sec delayed with ventilation. The delay time grew longer with the vent height. The temperature after the vent was lower than that without the vent. The exit temperature declined maximum of $20^{\circ}C$ after passing the vent. It was confirmed that the thickness of smoke layer was maintained uniformly under the 25% height of the tunnel through the visualized smoke now by a laser sheet and the digital camcorder.
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김충익 중앙대학교 생산공학연구소 1993 생산공학연구소 논문집 Vol.2 No.1
수직인 상태에서 연소하는 벽의 지역적 질량감소율은 많은 화재와 관계된 문제에서 중요한 변수이다. 그 이유는 지역적 질량감소율에 따라서 벽에서의 화염전파속도, 밀폐 공간에서의 불꽃의 성장과 에너지의 방출율, 그리고 스모크와 뜨거운 가스 전파등이 결정되기 때문이다. 이번 연구에서는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)판의 지역적 질량감소율이 측정되고 이론적 모델로부터 나온 예상결과와 비교되었다. 여기에 발표되는 실험적, 그리고 이론적 모델은 모두 특별한 수정없이 다른 건축자재에까지 확장되어 적용될 수 있다. 실험장치는 통상의 벽화재를 대표할수 있도록 디자인 되었다. 벽재료 샘플들은 그들의 질량이 계속 측정되는 가운데 난류 불꽃하에서 태워 졌다. 그 결과에 의하여 지역적 질량감소율이 산출되었다. 해석법은 제1차 아레니우스 반응에 의하여 설명되는 pyrolysis가 내부에서부터 일어난다고 가정하였다. 일정 두께의 벽 내부로의 비정상 열손실이 고려되어 넷트의 비정상 지역 질량 감소율의 계산이 도출되었다. 예측과 실험결과의 비교는 잘 맞았다. 시간의 함수인 지역 질량 감소율이 제대로 측정되고 이론적 모델에 맞게 적용되었을 때는 물질의 불꽃물성치로 간주될 수 있으며, 여기에는 다른 두 개의 벽 물질에 대하여도 그 결과가 주어졌다. The local mass loss rate of a vertically burning wall is an important variable in many fire related problems because it dictates flame spread rates on a wall, fire growth and energy release rate in an enclosure fire, and the spread of smoke and hot gas plumes. In this study, the local mass loss rate, m"(t), of polymethylmetharcrylate (PMMA) slabs are measured and compared with predictions. Both experimental and analytical mocel presented here can be extended to other wall materials without much modification. The experimental setup is designed to simulate wall pyrolysis in a typical wall fire situation. Samples of wall materials are burned under the presence of turbulent flames while their weitht is continuously monitored, from which, the local mass loss rate is determined. The analysis assumes that the pyrolysis occurs in depth described by a first order Arrhenius reaction. Unsteady heat loss into the interior of the finite-thickness wall is taken into consideration to arrive at the nest, transient, local mass loss rate prediction. Prediction and the data obtained in the mass loss rate apparatus for 3.2mm thick PMMA slab compare well. The local mass loss rate function of time when properly measured and appropriately used in ananlytical models, may be treated as a material "fire property," and it is also presented for two other wall materials.
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김충익 중앙대학교 생산공학연구소 1994 생산공학연구소 논문집 Vol.3 No.2
건물화재는 여러가지 복잡한 열역학적, 열전달적, 그리고 연소적 현상들이 함께 작용하는 문제로서 도시 화재의 대부분을 차지하며 화재연구의 매우 관심있는 과제이다. 건물화재에서는 수직벽에서의 화염전파(화염의 전파방향에 따라 상향 화염전파, 측향 화염전파, 그리고 하향화염전파로 구분되어진다.)가 화재를 확산시키는 데 아주 중요한 역할을 한다. 이 중에서도 상향화염전파의 속도와 연소율이 가장 크므로 제일 위험한 것이 된다. 따라서 상향화염전파에 관한 지식을 잘 알고 있어야만 실내나 건물에서의 화재에서 손실을 최소화할 수 있는 대안이 마련되어질 수 있다. 그러나 아직은 건축재의 상향화염전파 특성을 측정하는 표준측정 방법이 마련되어져 있지 않은 상태이다. 이것을 위하여 이 논문에서는 상용 재료를 사용한 수직벽에서의 상향화염전파를 이론적으로 연구하였으며 이 들은 실험결과와 비교되었다. 이론적 모델은 실제로 사용되는 벽재의 여러가지 연소 특성을 포괄하도록 고안되었다. 결과는 실험과 거의 모든 벽재에 대하여 대체적으로 잘 맞았다. 그러나 벽재가 다공성물질로 되어있는 경우 정확히 예측하지는 못하며 이것은 이론을 세울 때 이미 예측한 일이기도 하다. 본 연구에서는 하나의 완전한 상향화염전파 예측 방법을 제시하게 되었다. 즉, 간단한 실험에 의한 "화염 물성치" 두가지를 추출해내고 벽재의 열역학적 물성치를 입력한 후 모델에 의한 계산을 하면 상용 재료에서의 화염전파도 예측 가능하게 된 것이다. In building fires vertical walls play big part of flame spreads. Of several modes of flame spread on vertical walls, the upward flame spread is the most important because it has the fastest flame spread velocity of them. Therefore, it is imperative to understand the knowledge of the upward flame spread that can help in the development of a strategy to minimize the damage done by a room or a building fire. Yet, there isn't any standard procedure to measure the upward flame spread characteristics of vertical walls. To develop a standard measurement procedure, free burning upward flame spread on a vertical wall was studied theoretically and compared with experimental results. The model was designed to implement many combustion characteristics of practical wall materials. Results showed good agreements on most of the wall materials. But in the case of porous wall materials, the model couldn't predict accurately, which was expected. In this research, we proposed a complete prediction procedure of upward flame spread on practical materials that are used in real-life situation. From small scale experiments two "fire-properties" are obtained and those are used in the model with thermodynamic properties of the wall material. Therefore, we can predict the upward flame spread characteristics even on practical materials.
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김충익,유홍선,김명배,한용식,김진곤,윤명오,김상욱 한국화재소방학회 1998 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.1998 No.추계
복도는 사무실용 건물, 호텔 등 공중이용 건물에서 중요한 피난경로의 일부이다. 화재로 복도에 연기가 확산되면 그 온도, 연층의 높이, 유해물질의 농도 등에 따라 피난에 심각한 장애를 가져올 수 있다. 본 연구는 이러한 복도에서의 연기의 확산 및 유동에 관하여 연구하기 위하여 길이 40m의 복도에서 pool fire로부터의 연기 유동에 관한 실제크기의 실험과 수치해석을 수행하였다. 화재실과 그에 접해있는 긴 복도가 있는 실험장치에 직경 15, 20, 30cm의 가솔린 pool을 화재실 중앙에서 점화 시켰다. 연기의 온도 및 이동을 측정하기 위해 전장 중앙선을 따라 열전대를 설치하였고 연층의 두께를 측정하기 위하여 수직방향으로 세곳에 열전대가 부착된 수직봉을 설치하였다. 아르곤 레이저 sheet 과 비디오 카메라를 이용해 연기의 유동을 가시화 하였다.
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