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황철홍 한국화재소방학회 2012 한국화재소방학회논문지 Vol.26 No.2
An experimental study was conducted to investigate the effects of change in heat release rate on unsteady fire characteristics of under-ventilated fire in a semi-closed compartment. A standard doorway width of the full-scale ISO 9705 room was modified to 0.1 m and the flow rate of heptane fuel was increased linearly with time using a spray nozzle located at the center of enclosure. Temperature,heat flux, species concentrations and heat release rate were continuously measured and then global equivalence ratio (GER) concept was adopted to represent the unsteady thermal and chemical characteristics inside the compartment. It was observed that there was a significant difference in unsteady behavior between global and local combustion efficiency, and the GERs predicted by ideal and measured heat release rate were also shown different results in time. The unsteady behaviors of temperature,heat flux and species concentrations were represented well using the GER concept. It was important to note that CO concentration was gradually decreased with the increase in GER after reaching its maximum value in the range of 2.0~3.0 of global equivalence ratio. In addition, the experimental data on unsteady thermal and chemical behaviors obtained in a semi-closed compartment will be usefully used to validate a realistic fire simulation. 반밀폐된 구획에서 발열량 변화에 따른 환기부족화재의 비정상 열 및 화학적특성에 관한 실험적 연구가수행되었다. 이를 위해 실규모 ISO 9705 표준화재실의 출입구 폭이 0.1 m로 축소되었으며, 구획 중앙에설치된 분사노즐을 통해 헵탄 연료의 유량은 선형적으로 증가되었다. 구획 내부의 온도, 열유속, 화학종농도 그리고 발열량의 연속적 측정이 이루어졌으며, 비정상 열 및 화학적특성을 표현하기 위하여 총괄 당량비의 개념이 적용되었다. 주요 결과로서, 총괄 연소효율과 구획 내부의 국부 연소효율은 시간에 따라 매우 다른 결과를 보이며, 이론과 측정된 발열량을 통한 총괄 당량비 역시 큰 차이를 보이게 된다. 온도,열유속 및 화학종 농도의 시간에 따른 변화는 총괄 당량비 개념를 통해 표현될 수 있었다. 구획 내부에서 CO의 농도는 총괄 당량비 2.0~3.0의 범위에서 최대값을 보이며, 보다 과농한 조건에서 점차적으로 감소되는 현상이 발견되었다. 추가로 본 실험을 통해 얻어진 반밀폐된 구획화재의 비정상 열 및 화학적 거동은 향후 현실적인 화재 모델링을 위한 검증 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
CH<sub>4</sub>/Air 예혼합화염의 하류영역에서 체류시간 및 열손실에 의한 NOx의 생성특성
황철홍,현승호,탁영조,이창언,Hwang, Cheol-Hong,Hyun, Sung-Ho,Tak, Young-Jo,Lee, Chang-Eon 대한기계학회 2007 大韓機械學會論文集B Vol.31 No.1
In this study, the NOx formation characteristics of one-dimensional $CH_4$/Air premixed flame using detailed-kinetic chemistry are examined numerically. The combustor length and the amount of heat loss are varied to investigate the effect of residence time and heat loss on the NOx formation in a post-flame region. In the flame region, NO is mainly produced by the Prompt NO mechanism including $N_2$O-intermediate NO mechanism over all equivalence ratios. However, thermal NO mechanism is more important than Prompt NO mechanism in the post-flame region. In the case of adiabatic condition, the increase of combustor length causes the remarkable increase of NO emission at the exit due to the increase of residence time. On the other hand, NO reaches the equilibrium state in the vicinity of flame region, considering radiation and conduction heat losses. Furthermore the NO, in the case of $\phi$=1.2, is gradually reduced in the downstream region as the heat loss is increased. From these results, it can be concluded that the controls of residence time and heat loss in a combustor should be recognized as an important NOx reduction technology.
황철홍,박충화 大田大學校 産業技術硏究所 2013 산업기술연구소 論文集 Vol.24 No.2
대표적인 화재모델링 프로그램인 CFAST의 활용 및 검증을 위하여, 밀폐된 다중구획에서 환기부족화재에 대한 모델링이 수행되었다. CFAST의 예측성능은 수치결과, 실험결과 및 FDS 수치결과의 비교를 통해 평가되었다. 특히 고온 상층부의 온도, 연층 높이 및 O2, CO2, CO와 같은 주요 화학종의 농도 가 상세하게 비교되었다. 환기부족화재에 대한 CFAST의 수치결과는 실험결과를 비교적 정확히 예측하고 있음을 확인하였다. 그러나 주요 입력변수인 발열량과 CO/CO2의 정확한 입력정보가 제공되는 제한된 조건에서만 CFAST에 의해 예측된 결과가 화재안전 및 설계를 위해 사용될 수 있음을 확인하였다. was conducted to simulate the under-ventilated fire in well-confined multi- compartments. The predictive performance of CFAST was evaluated through a comparison among CFAST results, experimental and FDS results. In particular, temperatures in the upper layer, height of smoke layer, major species such as O2, CO2 and CO were compared in details. It was found that the numerical results of CFAST for under-ventilated fire showed reasonable agreement with the experimental data. Under the limited conditions that major input information such as heat release rate and CO/CO2 were accurately provided, however, the results predicted by CFAST could be used for fire safety and design
도로터널에서 자연풍에 의한 미세물분무의 화재제어 특성에 관한 수치해석 연구
황철홍,김한수,이창언,장영남,신현준 한국화재소방학회 2008 한국화재소방학회논문지 Vol.22 No.3
In this study, the fire suppression characteristics of a water mist with natural wind in a road tunnel were calculated using the FDS(Fire Dynamic Simulation) code. In addition, the cooling and the chemical kinetic effects of water vapor on fire extinction were investigated in a counterflow non-premixed flame using a detailed chemistry. As a result, the behavior of fire plume and the spray characteristics of water mist are modified remarkably with the increasing of wind velocity. In the case which is not the external natural wind, small droplets are more efficient in fire suppression than large droplets. However, the large droplets show better results on the fire suppression than the small droplets with the increasing of wind velocity. It can be estimated that the natural wind disturb the penetration of water droplets into the flame region and decrease the effect of oxygen dilution. Finally, it can be identified that the fire into the natural wind can be suppressed with smaller amount of H2O by flame stretching effect in the flame region than one in an enclosure, and the chemical kinetic effects of H2O on fire extinction are not affected significantly the velocity of natural wind. 본 연구에서는 FDS 코드를 이용하여 외부 자연풍에 의한 터널 내의 미세물분무 소화특성을 검토하였으며, 상세반응이 고려된 1차원 대향류 비예혼합화염을 이용하여 화염내부에서 미세물분무의 냉각 및 화학반응효과에 의한 소화현상을 규명하였다. 연구결과로서, 외부 자연풍의 유속 증가에 따라 고온 연기층의 분포 및 분무 특성의 큰 변화가 발생됨을 확인하였다. 외부 자연풍이 없는 경우에는 분무입자 직경이 작을수록 소화성능이 좋지만, 풍속이 증가함에 따라 입자직경이 클수록 소화성능이 좋아짐을 알 수 있었다. 자연풍은 입자의 화염면 침투를 방해할 뿐 아니라, 충분한 산소의 공급으로 화제 억제를 방해할 것으로 예측된다. 또한 자연풍이 존재하는 조건의 화염은 화염 신장효과에 의해 밀폐된 공간에서의 화염 보다 작은양의 H2O 침투에 의해서도 소화될 수 있으며, H2O의 화학반응에 의한 소화효과는 외부 자연풍의 유속에 크게 영향을 받지 않음을 확인하였다.