ISO-5660 콘 칼로리미터 PMMA 연소 실험의 3차원 열분해모델 연구

홍터기,장정익,박설현 한국화재소방학회 2017 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2017 No.춘계

목재 가연물의 연소 시 생성되는 탄화가 열분해에 미치는 영향

홍터기,류명호,이종원,박설현 한국화재소방학회 2019 한국화재소방학회논문지 Vol.33 No.5

To investigate the influence of the char layer formed during the combustion process on the pyrolysis of woodcombustibles, ISO 5660-1 cone calorimetry experiments and Fire dynamics simulator (FDS) simulations were performed,and the results from these two methods were compared. The wood combustible selected as the fuel for this study, Douglasfir, has been widely used for the production of building materials, furniture, etc. The heat release rate (HRR) measured fromthe cone calorimetry experiment was in good agreement with the result predicted by the FDS simulation. However, the FDSsimulation failed to predict the heat released by the smoldering combustion process, due to the absence of the char surfacereaction in the model. The FDS simulation results clearly indicate that the char layer formed on the surface of combustiblesproduces a thermal barrier which prevents heat transfer to the interior, thickening the thermal depth and thus reducing thepyrolysis rate of combustibles. 목재 연료의 연소 시 생성되는 탄화가 열분해 과정에 미치는 영향을 고찰해 보기 위해서 ISO 5660-1 콘칼로리미터 실험을 수행하였고 Fire dynamics simulator (FDS) 전산해석 결과와 비교 분석하였다. 목재 연료로는 건축자재, 가구재 등에 대표적으로 사용되는 Douglas-fir를 사용하였다. Douglas-fir 연소 시 측정된 열방출률은 FDS 전산해석을통해 예측한 결과와 비교적 잘 일치하였지만 탄화 층의 표면반응을 고려하지 않는 FDS 전산해석 모델은 훈소과정에서 지속적으로 방출되는 열을 예측하지 못하였다. 그럼에도 불구하고 FDS 전산해석을 통해 탄화 층은 가연물에 열장벽을 형성하여 내부로의 열전달을 방해하고 열적 두께를 두껍게 하여 열분해율을 감소시키는 것을 확인하였다.

열물성의 변화가 고체 가연물의 열분해에 미치는 영향

홍터기,이종원,박설현 한국화재소방학회 2017 한국화재소방학회논문지 Vol.31 No.3

In order to investigate the influence of changes in the thermal properties of solid combustibles on thermal decomposition,a series of solid pyrolysis experiments were performed using a cone calorimeter specified in KS F ISO 5660-1. In the presentstudy, Poly Methyl Methacrylate (PMMA) which does not produce Char during pyrolysis process was used as solid fuel. Results obtained from cone calorimeter experiments were compared to ones obtained from numerical analysis of Fire DynamicsSimulator (FDS) 1D pyrolysis model adopted with thermal properties of solid fuel as input parameters. Comparisons betweenexperimentally calculated and model-predicted mass loss rate were then made to elucidate the effect of changes in the thermalproperties on pyrolysis of PMMA. 고체 연료의 열물성 변화가 가연물의 열분해 특성에 미치는 영향을 고찰해 보기 위해서 KS F ISO 5660-1에 제시된 콘 칼로리미터 실험을 수행하였고, Fire Dynamics Simulator (FDS) 1차원 열분해 모델의 수치해석을 수행하였다. 고체 연료로는 열분해과정 중 Char를 발생시키지 않는 Poly Methyl Methacrylate (PMMA)를 사용하였으며, 문헌에 보고된 PMMA의 열물성치와 열분해 물성치를 FDS의 입력 변수로 설정하여 콘 칼로리미터 실험의 수치해석을 수행하였다. 콘 칼로리미터 실험을 통해 측정된 고체가연물의 질량 감소 결과와 일치하는 열분해 모델의 계산 결과를 바탕으로 열물성치와 열분해 물성치의 변화가 고체 가연물의 질량 감소에 어떠한 영향을 주는지를 고찰해 보았으며, 열전도계수와 비열을 상온의 상수 값으로 입력한 경우 가연물의 질량 감소의 예측에 있어 상당한 오차를 유발할 수있다.

고체 가연물 주위의 유동과 열적 두께의 변화가 열방출률 특성에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

홍터기,서동표,박설현 한국화재소방학회 2020 한국화재소방학회논문지 Vol.34 No.3

고체 가연물 주위의 유동과 열적 두께의 변화가 열방출률 특성에 미치는 영향을 고찰해보기 위해 ISO 5660-1 콘칼로리미터 실험을 수행하였다. 고체 가연물로는 연소반응 중 Char를 발생시키지 않는 Polymethyl methacrylate(PMMA)를 선정하였고 열침투깊이를 계산하여 PMMA의 열적 두께를 구분하였다. 콘 칼로리미터의 덕트 유동을 12,24, 40 L/s로 설정하여 가연물 주위에 강제 유동을 발생시킨 뒤 PMMA의 연소 시 측정된 열방출률을 측정함으로써열분해 특성을 분석하였다. 열적으로 얇은 가연물의 열방출률은 주위의 유동 변화에 크게 영향을 받지 않았지만, 열적으로 두꺼운 가연물은 유량의 변화에 따라 열방출률이 크게 영향 받는 것을 확인하였다. In this study, an ISO 5660-1 cone calorimeter experiment was conducted to examine the effects of changes in flow andthermal thickness around solid combustibles on heat release rate characteristics. Polymethyl methacrylate (PMMA) is a solidcombustible material that does not generate char during the combustion reaction. Hence, it was selected for the experiment,and the thermal penetration depth was calculated to distinguish the thermal thickness of PMMA. Furthermore, the thermaldecomposition characteristics were analyzed by measuring the heat release rate measured during the combustion of PMMA. This was performed after generating the forced flow around the combustibles by setting the duct flow of the conecalorimeter to 12, 24, and 40 L/s. The results confirmed that the thermal release rate of the thermally thin combustiblematerial was not significantly affected by the change in the surrounding flow. Hence, the thermally thick combustiblematerial was significantly affected by the change in the flow rate.

탄화수소계 연료에서 발생된 연기 입자의 무차원 광소멸소멸계수 측정에 관한 실험적 연구

홍터기,박설현 한국화재소방학회 2015 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2015 No.추계

밀폐된 구획 내 복합소재 고체 가연물의 연소시 열방출률의 FDS 예측 특성

홍터기,노범석,박설현 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.11

The heat release rate (HRR) and fire growth rate of fire for the solid combustibles consisting of multi-materials was measured through the ISO 9705 room corner test, and the computational analysis in a closed compartment was performed to simulate a fire using the heat release rate prediction model provided by a Fire Dynamics Simulator (FDS). The method of predicting the heat release rate provided by the FDS was divided into a simple model and a pyrolysis model. Each model was applied and computational analysis was performed under the same conditions. As the solid combustible consisting of multi-materials, a cinema chair composed mostly of PU foam, PP, and steel was selected. The simple model was over-predicted compared to the predicted heat release rate and fire growth rate using the pyrolysis model in a closed compartment. ISO 9705 룸코너 시험을 통해 복합소재 고체 가연물의 화재발생시 발생되는 열방출률을 측정하고 화재성장율을 계산하여 Fire Dynamics Simulator (FDS)에서 제공하는 열방출률 예측 모델을 사용자가 시험을 통해 얻어진 질량 소모율을 직접 입력하고 점화원에 의해 가연물의 표면 온도가 점화 온도에 도달하게 되면 정해진 연료를 소모하게 됨으로써 열방출률이 계산되는 단순 모델 (Simple model)과 질량 소모율을 직접 계산하는 방식으로 고체 가연물의 온도를 계산하고 고체 가연물의 열분해율을 조절하여 직접 열방출률을 계산하는 열분해 모델 (Pyrolysis model)로 구분하고 각각의 열방출률 모델에 필요한 입력 인자를 적용하여 동일한 조건에서 밀폐된 구획 환경에 따라 FDS 전산 해석을 수행하였다. 복합소재 고체 가연물로는 PU 폼과 PP, 철재로 대부분 구성되어있는 영화관 의자를 선정하였다. 동일한 조건에서 밀폐된 구획 환경에 따라 각각의 열방출률 예측 모델을 해석한 결과, 밀폐된 구획에서 단순 모델을 통해 예측된 열방출률과 화재성장율이 열분해 모델을 이용하는 경우에 비해 다소 과예측되는 것을 확인 할 수 있었다.

Influences of the presence of char layer on flame spreads over wood with different thermal thickness

홍터기,박설현 대한기계학회 2023 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.37 No.7

A series of ISO 5658-2 flame spread experiments on Douglas-fir specimens were carried out to investigate the relationship between flame spread characteristics and thermal thickness of solid combustibles, which is greatly influenced by char formation during combustion. Computations using the fire dynamics simulator (FDS) were performed to recreate these experiments. The measured and calculated flame spread characteristics were then compared and analyzed based on thermal thickness and char residue ratio. The results clearly show that the effects of char formation on the surface of wood during combustion are more noticeable in thermally thick regimes than in thermally thin regimes. The findings provide an important foundational understanding of the influence of char formation on solid combustibles on flame retardant properties, which has not previously been studied.

열물성치에 변화가 PMMA의 열분해과정에 미치는 영향

홍터기,김진혁,박설현 한국화재소방학회 2016 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2016 No.추계

저가형 PM 농도 측정을 위한 광학 장치 개발

홍터기(Ter-Ki Hong),박설현(Seol-Hyun Park) 한국연소학회 2015 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2015 No.12

ISO-5660 콘 칼로리미터 PMMA 연소실험의 FDS 전산모사

홍터기 ( Ter-ki Hong ),박설현 ( Seul-hyun Park ) 조선대학교 공학기술연구원 2017 공학기술논문지 Vol.10 No.1

ISO 5660 cone calorimeter experiments were simulated using Fire Dynamics Simulator (FDS) in the present study. In cone calorimeter experiments, PMMA (Poly methyl methacrylate) which does not generate char during pyrolysis process was used as a solid fuel. The thermal properties of PMMA reported in literature was set as an input variable of FDS. The experimentally measured mass loss rate and heat release rate in the ISO 5660 cone calorimeter experiments were then compared with those numerically calculated from the FDS simulation. Comparisons made between cone calorimeter experiments and FDS simulations clearly highlight an importance of thermal properties of PMMA measured as a function of temperature as input variables.