스프링클러헤드 감열부의 열적 특성에 관한 연구

유우준,문효준,염문천,유홍선 한국화재소방학회 2012 한국화재소방학회논문지 Vol.26 No.3

In this study thermal characteristics of heat-responsive element considering conduction, convection and rate of change of element using Response Time Index (RTI) applied to sensitivity test of sprinkler head at home and aborad are theoretically investigated. Analytic solution of temperature distributions with radial direction and time is obtained form energy transport equations, non-homogeneous 2th order partial differential equation, applying to constant wall temperature and symmetric condition in order to analyze thermal characteristics of heat-responsive element for circular cylindrical geometry. Base on the results, the analytic method of this study is fundamental data to practical use for sensitivity test of sprinkler head and design of heat-responsive element. 본 연구에서는 국내외 스프링클러헤드 감도시험 기준에 적용하고 있는 반응시간지수(RTI, Response Time Index)를 사용하여 대류항과 전도항 그리고 시간 변화량을 고려한 감열부의 열전달 현상을 해석적으로 분석하였다. 원형 실린더 형상을 갖는 감열부의 열적 특성을 분석하기 위해서 비제차 2차 편미분 형태의 에너지 방정식을 사용하여 감열부 표면의온도가 일정하고 대칭(Symmetric)인 경계조건을 적용하여 시간 증가에 대한 감열부의 반지름 방향 온도분포를 구하였다. 그 결과 본 연구의 감열부 열적 특성에 관한 분석 기법은 스프링클러헤드의 감도시험 및 감열부의 설계를 위한 자료의활용이 가능할 것으로 판단된다.

구획 화재에서 스프링클러 열 손실계수 변화에 따른 작동 시간 분석

유우준 한국화재소방학회 2018 한국화재소방학회논문지 Vol.32 No.5

본 연구에서는 구획 공간 화재 시 발열량이 급격히 변하는 조건에서 스프링클러헤드의 손실인자 변화에 따른 작동시간을 분석하였다. 이를 위해서 내화보드로 구성된 구획 공간의 크기가 폭 0.3 m, 세로 0.5 m, 길이 3.0 m인 구조물을 제작하고 헵탄(n-Heptane) 풀 화재 실험을 수행하여 구획 공간 내부의 온도 분포, 헵탄의 질량감소율 그리고 발열량을 산출하였다. 또한, Fire Dynamics Simulator (FDS) Version 6.5를 사용하여 실험 조건과 동일한 발열량을 가정하고 스프링클러헤드의 설치위치 및 손실인자(C-factor) 변화에 따른 작동 시간을 분석하였다. 그 결과 반응시간지수(Response Time Index, RTI)가 100 (m·s)0.5이고 작동온도가 72 ℃인 스프링클러는 화원 상층부의 기류 온도가 100 ℃에서 300 ℃로 상승하고, 기류의 속도가 약 0.7 ㎧인 경우 C-factor = 0과 1일 때 스프링클러의 작동시간은 최소 30s∼60 s, C-factor = 3일 때 62 s에서 최대 92 s, C-factor = 5일 때 120 s 이상으로 나타났다. In this study, the experiment conditions for the variation of heat release rate in compartment space were constructed toanalyze the effects of fire spread and the operation time of sprinkler in accordance with the heat loss of the sprinkler’sheat element. The compartment composed of fire board (width = 0.3 m, height = 0.5 m, length = 3.0 m), are manufacturedto measure the temperature distributions in the inner space, the mass loss rate and heat release rate during the experimentof N-heptane pool fire test. Also, the operation time of sprinkler is analyzed with the installation of sprinkler and C-factorusing Fire Dynamics Simulator Ver.6 under the experiment conditions. The results show that the operation time of sprinkler,which has RTI 100 (m·s)0.5operating temperature 70 ℃, is 30 s~60 s for C-factor = 0 and 1, 62 s~92 s for C-factor= 3, and 120 s over for C-factor = 5, respectively.

하이브리드 로켓 점화장치인 N₂O 촉매 베드에서 열적 현상

유우준,김수종,김진곤,장석필 한국항공우주학회 2006 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.- No.-

부속실 출입문 크기 변화를 고려한 개방 및 폐쇄조건 분석

유우준,남준석,유홍선 한국화재소방학회 2011 한국화재소방학회논문지 Vol.25 No.2

A relationship between resisting moment and the structure of an automatic closure device is introduced for analyzing the effect of opening and closing condition on various fire door sizes in the pressurized room for smoke control system. The larger the size of fire door is, the more force is required for reaching to opening and closing conditions and there exists the design range of fire door in the pressurized room reflecting the closing time of fire door, rotative velocity, a relation between rotative angle and force and the efficiency of the automatic closure device. 부속실 단독가압의 제연설비 구역에서 계단실 출입문의 크기 변화가 개방 및 폐쇄조건에 미치는 영향을분석하기 위해서 자동폐쇄장치의 구조와 저항모멘트의 관계를 정리하였으며, 부속실 출입문의 크기 변화를 고려하여 개방력과 폐쇄력을 측정하였다. 그 결과 부속실 출입문의 크기가 증가할수록 개방 및 폐쇄조건에 도달하기 위한 힘의 크기는 증가하였으며, 폐쇄시간, 회전속도, 회전각도와 힘의 관계, 자동폐쇄장치의 효율을 고려한 부속실 출입문의 설계범위가 존재함을 확인하였다.

헵탄의 화원 직경 변화를 고려한 대형콘칼로리미터의 발열량 측정 결과 분석

유우준,남동군,염문천,김성찬,유홍선 한국화재소방학회 2014 한국화재소방학회논문지 Vol.28 No.5

The present study has been conducted to analyse the effects of various pool diameters on the measurement of heatrelease rate (HRR) of heptane fire using large scale cone calorimeter (LSC). The burning rate which is the major parameterfor HRR compared with the previous model suggested by A. Hamins. The combustion efficiency for heptane by oxygenconsumption method is about 91%, which is almost same with the previous results of 92% suggested by J. Gore. Theconvective HRR by enthalpy consumption method was 54% lower than HRR by oxygen consumption method. Thisresults are practical use for establishing the reliability of heat release rate for fire experiment. 본 연구에서는 대형 콘 칼로리미터(large scale cone calorimeter, LSC)를 사용하여 헵탄 풀 화재(pool fire) 실험에서화원의 직경 변화에 따른 발열량(HRR) 측정 결과를 정량적으로 분석하였다. 발열량에 중요한 영향을 미치는 연소율(burning rate)은 A. Hamins의 연구 자료에서 제시한 모델링 곡선과 비교하여 정확성을 검증하였으며, 산소 소모법에 의한 연소효율(combustion efficiency)은 이론발열량에 비해서 91% 정도로 J. Gore이 제시한 헵탄의 연소효율 92%와 유사한 것을 확인하였다. 엔탈피소모법에 의한 열손실은 전체 발열량의 54% 정도로 측정부에서 대류 발열량으로 측정되었으며, 본 연구 결과는 화재실험에서 발열량 측정값의 신뢰성 분석(reliability analysis)을 위한 기초 연구 자료로 활용하는데 유용한 정보가 될 것으로 사료된다.

구획화재에서 벽면의 열전도 계수와 내부 온도의 상관관계 분석

유우준,고권현 한국화재소방학회 2018 한국화재소방학회논문지 Vol.32 No.2

본 연구에서는 Buckingham 파이 정리를 이용하여 구획 공간에서 화재가 발생한 경우 벽면을 구성하는 재료의 열전도 계수와 내부 온도의 상관관계에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해서 기존 무차원 변수의 주요 인자를 고려하여 발열량, 열전도계수, 구획공간의 체적, 벽면 두께 그리고 대류 열전달 계수의 관계를 분석하였다. 또한, 발열량에대한 화염에서의 최대 온도 그리고 벽면의 온도를 산출하기 위해서 내화보드를 사용하여 ISO 9705 룸 코너 시험기(Room Corner Tester)의 1/6 크기를 갖는 축소 규모의 구조물을 제작하였으며, 10 cm, 15 cm 그리고 20 cm인 정사각형화원에 대해서 가솔린 화재실험을 수행하여 국부 지점의 산소 농도와 화염에서의 온도분포를 측정하였다. 그 결과대류 열전달 계수와 열전도 계수의 변화에 따라서 외벽에서의 온도가 증가하는 조건을 제시하였으며, 발열량 변화에대한 Buckingham 파이의 무차원 경험식을 도출하였다. 본 연구 결과는 구획 공간에서 외벽 형상 및 열전도 계수의변화를 고려한 화재 현상을 연구하기 위한 기초 자료의 활용이 가능할 것으로 사료된다. In this study, the relations of the wall thermal conductivity and surface temperature in a compartment fire are investigatedusing Buckingham Pi theorem. The dimensionless parameters of the previous study are analyzed in order to correlate thedimensionless groups of the heat release rate, the thermal conductivity, the volume of compartment and the convective heattransfer coefficient. In addition the reduced scale of compartment, which has 1/6 size of ISO 9705 Room Corner Tester, ismanufactured and the oxygen concentration and the maximum temperature in the space are measured for the gasoline poolfire (10 cm×10 cm, 15 cm×15 cm and 20 cm×20 cm). Finally, the criterion of the wall temperature increase are suggestedin accordance with the thermal conductivity and the convective heat transfer coefficient. In addition, the dimensionlessempirical equation using Buckingham Pi theorem considering the heat release rate are presented suggested. The results of thisstudy will be useful especially for the fire phenomenon investigation of the wall thermal conductivity coefficient and shapein the compartment space.

제연구역의 주요 매개 변수 및 누설 면적 변화를 고려한 차압 형성 관계 분석

유우준,고권현,사공성호,남준석,유홍선 한국화재소방학회 2013 한국화재소방학회논문지 Vol.27 No.1

This study is experimentally analyzed to extract the major parameters affecting the performance of the smoke-control system and the relations of pressure difference between vestibule and supply air pressure zone effect of supply mass flow rate and leakage area in the smoke-control zone. To obtain this, the mock-up building of three-story scale with a total of 10 compartments was constructed, and several apparatus were also installed for in-situ measurement of the ventilation flow rate, pressure difference between compartments, smoke defensive air velocity, the opening-closing force of door, etc. This article show that pressure difference in the smoke-control zone is significantly related with leakage area of vestibule in low pressure region, leakage area of supply air pressure in over pressure region and both of them in pressure control region when the pressure control range of damper is 45 Pa~55 Pa. 본 연구에서 부속실 단독 가압 구조인 급기가압 제연설비의 성능 확보에 영향을 주는 주요 매개 변수를 분석하고 공급유량과 누설면적 변화에 따라서 풍도와 부속실 차압 형성 관계를 실험적으로 분석하였다. 이를 위해서 3층 규모의 총10개의 구획공간으로 구성된 모형 구조물과 방화문의 개폐력 측정장치를 제작하였으며, 각 구획공간과 외기의 차압, 방연풍속을 측정하기 위한 제어·계측 장비를 구성하였다. 그 결과 댐퍼의 차압조절 범위가 45 Pa~55 Pa인 경우 공급유량과 부속실 차압 크기에 따라서 45 Pa 이하인 저압 영역, 45 Pa~55 Pa 구간인 차압조절 영역 그리고 55 Pa 이상인 과압영역을 구분하였으며, 저압 영역에서는 부속실, 차압조절 영역에서는 부속실과 댐퍼 그리고 과압 영역 에서는 댐퍼의 누설면적이 차압 형성에 중요한 관계를 갖고 있는 것을 확인하였다.

워터커튼에서 액적의 크기 분포와 광학 두께의 상관관계 분석

유우준,유홍선 한국화재소방학회 2016 한국화재소방학회논문지 Vol.30 No.2

In this study, the optical depth is analyzed with the effects of droplet size distribution of the water curtain nozzle toattenuate the radiative heat transfer. The HELOS/VARIO equipment is used for the measurement of the droplet size distributions. The spray characteristics are quantified by the investigation of Deirmenjian’s modified gamma distribution function. The distribution constant of the nozzle can be obtained as α = 1 and γ = 5.2. The generalized equation of the opticaldepth related with the droplet size distribution is introduced. These results will be applicable to the analysis of the designcondition of the water curtain nozzle. 본 연구에서는 워터 커튼용 노즐(Water curtian nozzle)의 액적 크기 분포(droplet size distribution)에 따라서 복사열을 감쇄하기 위한 광학 두께(optical depth)를 분석하였다. 액적 크기 분포를 측정하기 위해서 HELOS/VARIO 물 입자측정 장치를 사용하였으며, Deirmenjian의 수정된 감마 분포 함수(modified gamma distribution function)를 적용하여분사 특성을 정량화 하였다. 본 연구에서 사용한 워터 커튼용 노즐은 분포 상수(distribution constant) α = 1, γ = 5.2의값으로 나타났으며, 액적의 밀도 수(number density)를 고려한 분포 하중(droplet loading)과 액적 크기 분포 변화에 따라서 광학 두께에 관한 일반화된 관계식을 제시하였다. 본 연구 결과는 워터 커튼용 노즐의 설계 조건을 분석하기 위한유용한 연구 자료가 될 것으로 사료된다.

대형 칼로리미터의 열 방출률 평가를 위한 FDS 해석결과 분석

유우준,박정욱,김정용,김태중,황철홍,김성찬 한국화재소방학회 2023 한국화재소방학회논문지 Vol.37 No.1

This study aims to identify the key design factors of a large-scale calorimeter and evaluate the accuracy of the simulationresults using the Fire Dynamics Simulator (FDS) program. The design specifications of a domestic large-scale calorimeterwere analyzed to determine the modeling and input conditions for the simulation. The simulation results of temperature,mass flow rate, and oxygen concentration reduction inside the duct were compared with the experimental results for heptanepool fires with diameters of 1.1 m, 1.24 m, and 1.44 m, respectively. To validate the accuracy of the simulation results,the deviations, calculated using FDS for the heat release rate as the experimental value, were found to be 19.12%, 11.86%,and 0.22% for temperature, mass flow rate, and oxygen concentration, respectively. Ultimately, the results of the heatrelease rate inside the duct obtained by the oxygen consumption method with FDS were found to be consistent with theexperimental value, within 2.58%. However, the deviation of oxygen concentration is reduced as the deviation of mass flowrate increases for a constant heat release rate. This implies that for more accurate analysis, the heat loss and shape factorsin the duct should be considered. 본 연구는 화재해석 프로그램인 FDS를 사용하여 대형 칼로리미터의 주요 설계 인자를 도출하고 해석 결과의 정확성을 검증하는데 목적이 있다. 이를 위해서 국내의 대형 칼로리미터 설계 제원을 조사하여 모델링 및 입력 조건을선정하였으며, 헵탄 화원 직경이 1.1 m, 1.24 m 그리고 1.44 m인 각각의 경우에 대해서 덕트 내부에서의 온도와 질량유량 그리고 산소농도 감소량을 실험결과와 비교하였다. 해석 결과의 정확성을 검증하기 위해서 실험값과 동일한열 방출률에 대해서 덕트 내부에서 해석한 온도 편차는 19.12%, 질량유량 11.86%, 그리고 산소 농도 감소량은 0.22%정도 측정값과 편차가 발생하였다. 그 결과 헵탄의 화원 직경 변화에 따라서 산소소모지수법을 적용한 열 방출률FDS 해석 결과는 실험값과 최대 2.58% 이내에서 일치하는 것으로 나타났다. 하지만, 산소농도 해석 결과는 동일 열방출률에 대해서 질량유량의 편차가 증가하였기 때문에 감소한 결과로 보다 정확한 해석을 위해서는 덕트에서의 열손실과 형상인자를 고려한 연구가 선행되어야 하는 것으로 판단된다.

팩 베드 형상을 가지는 N₂O 촉매 점화기의 열적현상

유우준,김진곤,문희장,장석필,You, Woo-Jun,Kim, Jin-Kon,Moon, Hee-Jang,Jang, Seok-Pil 대한기계학회 2007 大韓機械學會論文集B Vol.31 No.4

In this paper, thermal characteristics of a nitrous oxide ($N_2O$) catalytic reactor with packed-bed geometry are theoretically and numerically investigated. Several researchers experimentally presented that catalytic decomposition of $N_2O$ in a packed bed generates about 82kJ/mole in the exothermic reaction. Based on the results they have studied the catalytic decomposition of $N_2O$ in a packed bed to use it not only as a mono-propellant thrust for small satellites but also as an igniter system for hybrid rockets. So we aim to identify important parameters existing in an $N_2O$ packed-bed geometry, and to clarify its critical effect on thermal characteristics of the catalytic igniter using a porous medium approach.