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2022년도 추계학술대회 논문집.jpg
학술대회자료

화염 자발광을 이용한 평균화염높이 측정장치의 개발

건축물의 대형화, 복합화 및 고층화 추세로 인하여, 화재안전 문제에 대한 관심이 증가되고 있으며, 화재의 공학적 특성 파악은 매우 중요하다. 건축 구조물 및 주요 설비로의 화재확산에 직접적으로 연관되는 화염높이는 화재진압 및 피난설비 등 화재안전과 직접적으로 연관되는 중요한 물리량 중 하나이다. 이론적 화염높이는 연료 표면에서 혼합분율을 통해 산출되는 양론혼합비()의 수직 높이로 정의할 수 있다. 그러나 화재환경에서생성된 화염은 부력의 영향을 받아 주기적인 진동을 가지므로, 이를 정량화하기 위한 다양한 측정법 및 상관식이 제안되었다. 화재실험에서 화염높이의 측정은 캠코더 및 초고속카메라와 같은 영상기억장치를 활용한 시각화 방법이 적용되고 있다. 시각화 방법은 순간적인 화염의 이미지에서 산출한 화염높이들의 평균을 구하거나, 눈에 보이는 화염의 지속시간과 화염의 진동 주기 시간의 비를 의미하는 간헐성(Intermittency)을 평가하여 간헐성이 0.5가 되는 평균화염높이를 구하는 방식으로 수행된다. 여기서 간헐성 평균화염높이는 사람의 눈에 의한 평균화염높이와 거의 일치하거나, 약 10~15% 낮은 경향을 보인다고 알려져 있다. 시각화 방법의 화염높이 측정은 가시화된 순간적인 화염 이미지에서 화염강도의 기준이 불명확하기에 상당한 오차가 발생 될 수 있다. 본 연구에서는 Lab-scale 화재실험에서 시각화 방법의 적용이 어려운 경우, 화염 자발광을 이용하여 평균화염높이를 측정할 수 있는 장치와 산출 방법론을 개발하였다. 기체(Propane) 및 액체(Heptane, Kerosene, Toluene) 연료를 이용한 확산화염 조건에서 개발된 장치가 측정한 순간화염높이는 기존의 시각화 방법에 비해 약 15~33%의 화염높이에 차이를 보인다. 그러나 평균화염높이는 기존의 시각화 방법에 비해 정량적으로 ±10% 범위에서 측정된 것을 확인하였다. 개발된 화염높이 측정장치는 비교적 정확한 평균화염높이의 측정이 가능한 것을 확인하였다.

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