자연 배기 터널에서의 연기 거동에 관한 연구

김성찬,이성룡,김충익,유홍선,Kim, Sung-Chan,Lee, Sung-Ryong,Kim, Choong-Ik,Ryou, Hong-Sun 대한기계학회 2002 大韓機械學會論文集B Vol.26 No.7

In this study, smoke movement in tunnel fire with natural ventilation shaft has been investigated with various size of fire source. Gasoline pool fire with different size of diameter - 73mm, 100mm, 125mm and 154mm - was used to describe fire source. Experimental data is obtained with 1/20 model tunnel test and its results are compared with numerical results. The computation were carried out using FDS 1.0 which is a field model of fire-driven now. Temperature profiles between measured and predicted data are compared along ceiling and near the ventilation shaft. Both results are in good agreement with each other. In order to evaluating a safe egress time in tunnel fire, horizontal smoke front velocity was measured in model tunnel fire tests and those are compared with numerical results. According to the presence or absence of natural ventilation shaft, ventilation effect are estimated quantitatively. Finally, this paper shows that computational fluid dynamics(CFD) is applicable to predict fire-induced flow in tunnel.

터널화재시 연기제어에 관한 실험적 연구

이성룡(Sung Ryong Lee),김충익(Choong Ik Kim),유홍선(Hong Sun Ryou),박현태(Hyun Tae Park) 대한기계학회 2002 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2002 No.5

In this study, reduced-scale experiments were conducted to analyze smoke movement in tunnel fires according to ventilation method. The 1/20 scale experiments were carried out under the Froude scaling using gasoline pool fires ranging from 6.6 to 10 em in diameter corresponding to total heat release rate from 0.714 to 2.5 kW. Temperatures near the ceiling were lowered by installing the vent, and more lowered by operating fan than for the tunnel without vent. In case of forced ventilation, the exhaust fan was more effective than the suction fan. Vertical temperatures at the upper part of the tunnel were also lowered by installing the vent. But, when suction fan was operated, temperatures at the lower part of the tunnel were higher than that without vent.

터널화재시 제트팬에 의한 연기제어에 관한 실험적 연구

이성룡(Sung Ryong Lee),김충익(Choong Ik Kim),유홍선(Hong Sun Ryou),방기영(Ki Young Bang) 한국암반공학회 2002 터널과지하공간 Vol.12 No.2

외기조건에 따른 단일액적의 증발및 착화에 관한 수치해석적 연구

송기훈,이정희,김충익 중앙대학교 생산공학연구소 1995 생산공학연구소 논문집 Vol.4 No.2

고온의 정체환경하에 놓인 연료액적의 증발과 착화에 관해 외기조건을 변화시키면서 구좌표계에서 수치해석 하였다. 압력과 물성치들은 일정하다고 가정하였고 강제대류와 자연대류는 고려하지 않았다. 또한 문제를 단순화 하기 위해 Dufour-Soret효과와 점성에 의한 소산은 무시했다. 해석결과 고온의 주위기체의 의해 증발한 연료증기는 외부의 산화제와 결합하여 예혼합 기체에 의한 착화가 일어나고 그 이후에는 확산에 의해 연소과정이 이루어진다. 조건을 변화시키며 계산한 결과 주위기체와 액적의 초기온도가 액적연소에 중요한 영향을 끼침을 나타내었고 또한 액적간이 거리 역시 착화시간에 영향을 주는 인자임을 보여주었다. Evaporation and ignition of a fuel droplet placed in a hot and stagnant atmosphere is calculated numerically under various external conditions. Solution is derived from 1-D, unsteady equations in a spherical coordinate. It is assumed that pressure and properties are constant, Dufour-Soret effect and radiation are negligible. Also, the bouyancy effect and viscous dissipation are neglected to simplify the problem. The calculated results show variation of temperature and concentration profile with time during evaporation and ignition. At first the external oxygen mixes with evaporating fuel vapor, making the exothermic reaction of premixed gas initiate and burn intensely. After this short transient period, the diffusion flame is established, Ignition time decreases as initial ambient temperature and droplet temperature increase. Futhermore, it is found that ignition time decreases as the distance between droplet decreases.

상용재료 수직벽의 화염 전파 예측에 관한 연구

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.

액적 배열의 증발과 착화에 관한 수치해석적 연구

송기훈,김충익 韓國火災 ·消防學會 1999 한국화재소방학회논문지 Vol.13 No.1

자동차 주유시 증발 가스 방출량 예측 연구

박재성,유홍선,손동연,김충익 중앙대학교 생산공학연구소 1998 생산공학연구소 논문집 Vol.7 No.1

자동차 주유시 대기중으로 빠져 나온 연료 증기는 환경을 오염시킨다. 주유시 연료증기 방출량을 최소화하기 위해서 ORVR 시스템이 적용된다. 그러나 이 시스템은 몇가지 어려운 기술적인 문제들이 존재한다. 본 연구에서는 주유 유량에 따른 연료 증기 방출량을 예측하였다. 이를 위하여 연료 탱크의 압력 변화, 연료 증기가 흡착되는 캐니스터로의 방출량을 시뮬레이션하였다. 연료 증기와 공기의 혼합 기체는 이상기체로 가정될 수 있다. 주유관을 흐르면서 액체 연료의 압력 강하는 유량과 주유관의 형상에 따라 각각 계산하였다. 압력 강하 검증을 위해서 직선관과 90도 곡관에 대해서 수행하였다. 또한 shut-off time을 예측하여 실험치와 비교를 하였다. 계산 결과 40 LPM 이하에서는 연료탱크가 가득 찰 때까지 주유가 되고, 이상에서는 매우 빠른 시간에 shut-off가 됨을 알 수 있었다. 더 나은 모델을 개발하기 위해서는 연료의 증발, 응축 그리고 연료 탱크내의 기체의 유동까지도 고려되어야 할 것이다. During the refueling process of automobiles, the fuel vapor escapes into the atmosphere and pollutes the environment. To reduce the fuel vapor emission during refueling, ORVR(Onboard Refueling Vapor Recovery) system is implemented. This system, however, needs to overcome several technical difficulties. This research studies the problem of the fuel vapor emission and the refueling flow rate in ORVR system. The pressure variation of the fuel tank during the refueling and the emission to the canister that absorbs the escaping fuel vapor are numerically simulated. The fuel-vapor and air mixture in gas phase is assumed to be ideal gas mixture. The pressure drop of liquid fuel through the refueling line is numerically calculated for various flow rates and shapes of the pipes. The results are verified for straight and 90 degree bend. The shut-off time is calculated and compared with experimental results. The flow rate of forty liter per minute is determined to be the critical refueling rate. Below 40 LPM the refueling process continues until the tank is filled, but above it the shut-off occurs at the early stages of refueling process. Experimental results and simulation results show good agreement. To improve the model, the transient evaporation and condensation are to be considered as well as the gaseous flow inside the tank.

아트리움 공간에서의 화재성상에 관한 축소모델 실험연구

김충익,유홍선,류승관 (社團法人) 韓國火災 ·消防學會 1999 한국화재소방학회논문지 Vol.13 No.4

밀폐된 복도 공간의 화재시 연기 유동에 관한연구

이만수,유홍선,김충익 중앙대학교 생산공학연구소 1999 생산공학연구소 논문집 Vol.8 No.1

본 연구에서는 화재연구분야에서 실제크기실험의 대안으로써 사용되어지는 Field model, Zone model, 축소모델실험을 복도공간내의 화재시 발생되는 연기유동에 대해서 수행하였다. 유한체적법을 이용한 Field model 에서는 새롭게 구해낸 입구조건을 이용하여 차분화 된 이산화방정식의 수렴해를 구하여 Zone model 과 이전의 실제크기실험 결과와 비교하였다. 열발생률과 특성길이를 사용하여 온도와 속도에 대한 차원해석을 통해 무차원수를 유도하여 실제실험에 대한 상사성을 확인하였다. In this study, the numerical calculation method, field model and zone model and reduced-scale experiments as the alternative to a real-scale fire test were conducted to predict the smoke movement induced by the fire in a corridor. The field model obtains temperature, folw and concentration fo smoke by using 3D unsteady finite volume method with newly given inlet boundary condition to solve the governing equations(continuity,conservation of momentum and conservation of energy) and a comparison was made with results calculated using CFAST, one of the zone model and obtained by the previous real-scale fire experiment. The laws of scaling for unsteady smoke movement were derived by dimensional analysis and scale factors involving the two dominant parameter exist. Considering many assumptions, the similarity of temperature profile and smoke movement was lamost preserved.

PMMA판의 수직 연소상태하의 비정상 질량 감소율

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.