전산유체역학(CFD)을 활용한 치악산 자연휴양림의 산불 및 연기전파 모델 분석

Analysis of a Wildfire and Smoke Propagation Model at Chiak Mountain Using Computational Fluid Dynamics

본 연구는 치악산 자연휴양림에서 산불의 확산 경로, 도달시간과 확산 양상을 분석하였다. 산지 지형으로 발생하는 유동장분석과 연소모델 생성을 위해, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 프로그램인 Simcenter STAR-CCM+를 활용하였다. 도메인의 크기는 16 km2로 생성하고, 제 1 캠핑장에서 발화가 시작되는 것을 가정하였다. 모델 격자는 약 600만 개가 생성되었으며, 시뮬레이션이 시작된 후 1시간 동안 온도와 연기의 전파를 분석했다. 시간에 따른 확산 경로 분석을 위해 Implicit Unsteady 해석과, 유동장 분석을 위해서 Molecular Diffusivity 기능을 사용하였다. 본 연구를 통해 도출되는 결과는 다음의 세 가지다. 1) 산불 확산은 풍향 및 산지 지형으로 인한 연돌효과의 영향을 받는다. 2) 캠핑장에서 서쪽 500 m 떨어진 지점까지 산불이확산되는데 소요 시간은 22분 가량이며, 평균 1,200 ℃ 이상의 높은 온도를 보였다. 3) 산불의 인화점(Ignition Point)과 발화점(Flash Point)의 차이에서 발생하는 산불과 연기의 확산 속도는 시간의 변화에 따라 더 빨라졌다.

This study analyzed the arrival time and diffusion pattern of a wildfire at Chiak Mountain, Wonju, Korea. Simcenter STAR-CCM+, which is a computational fluid dynamics program, was used to analyze flow fields generated by mountain topography and to create a combustion model. The size of the area under study was 16 km², and ignition was conducted at the first campsite. Approximately six million mesh were generated. The temperature and propagation of soot were analyzed for 1 h after the simulation was started. Implicit unsteady analysis was used for time-dependent diffusion, and molecular diffusivity was used for flow field analysis. The results were as follows. 1) The spread of the wildfire was affected by the stack effect derived from the wind direction and mountain topography. 2) Approximately 22 min were required for the wildfire to spread from the campground to a western point 500 m away, and the average temperature was 1,200 ℃ or higher. 3) The spread of the wildfire and soot caused by the difference between the ignition and flash points of the wildfire became faster over time.