미연소가스를 고려한 개구분출열기류 온도 예측에 관한 연구

A Study on the Prediction of Opening Fire Plume Temperature Considering Excess Fuel Gas

플래시오버 이후의 화재성상은 연료지배형 화재에서 환기지배형 화재로 변모되며 가연물이 충분한 조건에서 화재가 점진적으로 성장하게 되면 구획내부에서 완전히 연소되지 않는 가연성가스(이후, 미연소가스)가 발생하게 된다. 이러한 미연소가스는 구획내부와 외부를 연결하는 창문, 현관 등의 개구부를 통하여 외부로 배출될 경우 외부의 신선한 공기와 연소반응하여 분출화염(이후, 개구분출열기류)을 형성하게 된다. 개구분출열기류는 상층부 및 인접한 건물로 막대한 피해를 발생시키는 화재확산에 대한 주요인자이며 미연소가스량을 고려한 개구분출열기류의 온도예측은 필수적으로 검토되어야 한다. 본 연구에서 화재실험은 ALC판(두께 50mm)과 세라믹화이버블랑켓(두께 25mm)를 주재료로 하여 실규모 사이즈의 Facade(가로 3m × 세로 5.5m)와 구획(가로 2m × 세로 2m × 높이 2m)를 구성시켰다. 또한, 화원은 도시가스를 가연물로 한 가스버너(길이 1.8m × 폭 0.3m)를 이용하였으며, 화원조건은 Ohmiya가 제안한 분출화염발생한계량 Qvcrit부터 점진적으로 증가시켜 (Qvcrit+1500AH1/2)/2, 1500AH1/2, 1800AH1/2, 2100AH1/2, 2400AH1/2의 6조건으로 미연소가스가 발생하도록 설정하였다. 개구조건은 종장형과 횡장형을 고려하여 아스펙트비(n=개구폭/(개구높이/2))1~6으로 설정하였다. 측정항목은 Mass flow controller에서 환산한 가스 유량, 구획내부 온도, 개구부 온도, facade 근방 온도, 산소소모법을 이용한 열방출율이다. 주요 결과로서, 화원조건이 증가함에 따라 분출화염의 규모와 facade 근방 온도가 높아지는 것을 확인할 수 있었으며 이는 미연소가스가 증가했다고 사료된다. 이 결과를 토대로, Froude number에서 변형한 무차원수 T*와 Z*Q*ef,w2/3의 상관관계를 통해 미연소가스량에 따른 실험 상수 ε와 δ를 도출하였으며 이를 이용한 결과 실험 값과 계산 값이 거의 일치하는 것으로 나타났다.