A Study on the Combustion Efficiency Concept in Under-ventilated Compartment Fires

환기부족 구획화재에서 연소효율 개념에 대한 고찰

  • 고권현 (동양대학교 건축소방행정학과) ;
  • 박충화 (대전대학교 소방방재학과) ;
  • 황철홍 (대전대학교 소방방재학과) ;
  • 박설현 (한국항공우주연구원 우주과학팀)
  • Received : 2010.10.11
  • Accepted : 2010.12.10
  • Published : 2010.12.31

Abstract

A study on combustion efficiency concept was conducted for the under-ventilated fires in a fullscale ISO 9705 room. In particular, a comparison between global combustion efficiency (CE) measured outside the compartment and local CE measured at upper layer inside the compartment was focused. Heptane, toluene and iso-propanol were used to consider the wide ranges of heat of combustion and soot yield. As a result, the global CE was decreased linearly with increasing in global equivalence ratio (GER). On the other hand, the decreasing rate of local CE was increased gradually with increasing in GER. From these results, it was known that the information on local CE was very useful parameter to understand the fire phenomena inside the compartment. In addition, it was discussed that the local CE might be used as an important parameter in the process of scaling for the compartment fires.

실규모 ISO 9705 표준 화재실에서 환기부족 화재를 대상으로 연소효율 개념에 대한 검토가 수행되었다. 특히 구획 외부에서 측정되는 총괄연소효율과 구획 내부의 고온 상층부에서 측정된 국부연소효율의 개념을 비교.검토하였다. 연료로는 다양한 범위의 연소열과 그을음 생성량을 갖도록 헵탄, 톨루엔 및 이소프로판올이 사용되었다. 주요 결과로서, 총괄연소효율은 총괄당량비 증가에 따라 비교적 선형적으로 감소한다. 반면에 국부연소효율은 총괄당량비 증가에 따라 2차 곡선의 형태로 크게 감소됨을 확인하였다. 위 결과를 통해 국부연소효율에 대한 정보는 구획 내부의 화재현상을 이해하는데 매우 유용한 변수임을 알 수 있었다. 또한 국부연소효율은 구획화재에 대한 상사과정에서 중요한 변수로 사용될 수 있음을 논의하였다.

Keywords

References

  1. 고권현, 김성찬, A. Hamins, 유홍선, "환기부족 구획 화재에 대한 FDS 해석 및 검증", 한국화재소방학회 논문지, Vol.23, No.5, pp.103-109(2009).
  2. J.Q. Quintiere, W.J. Rinkinen, and W.W. Jones, "The Effect of Room Opening on Fire Plume Entrainment", Comb. Sci. Technol., Vol.26, pp.193-201(1981). https://doi.org/10.1080/00102208108946960
  3. W.M. Pitts, "The Global Equivalence Ratio Concept and the Formation Mechanism of Carbon Monoxide in Enclosure Fire", Prog. Energy Comb. Sci., Vol.21, pp.197-237(1995). https://doi.org/10.1016/0360-1285(95)00004-2
  4. C. Huggett, "Estimation of Rate of Heat Release by Means of Oxygen Consumption Measurements", Fire Materials, Vol.4, No.2, pp.61-65(1980). https://doi.org/10.1002/fam.810040202
  5. 김성찬, "CFD 모델을 이용한 화재용 열량계의 유동 해석", 한국화재소방학회 2010년도 춘계학술발표대회논문집, pp.53-58(2010).
  6. 황철홍, 박충화, 고권현, "구획화재에서 환기조건의 변화가 화재특성에 미치는 영향 (Part II: 다차원 화재 거동)," 한국화재소방학회 논문지, Vol.24, No.5, pp.32-38(2010).
  7. K. McGrattan, S. Hostikka, J. Floyd, H. Baum, and R. Rehm, Fire Dynamic Simulator (Version 5): Technical Reference Guide, NIST SP 1018-5, NIST, Gaithersburg, MD (2007).
  8. J.E. Floyd and K.B. McGrattan, "Extending the Mixture Fraction Concept to Address Under-Ventilated Fires", Fire Safety J., Vol.44, pp.291-300(2009). https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2008.07.002
  9. R.A. Bryant, T.J. Ohlemiller, E.L. Johnsson, A. Hamins, B.S. Grove, W.F. Guthrie, A. Maranghides, and G.W. Mulholland, "The NIST 3 Megawatt Quantitative Heat Release Rate Facility - Description and Procedure", NIST 7052, NIST, Gaithersburg, MD(2004).
  10. A. Lock, M. Bundy, E.L. Johnsson, A. Hamins, G.H. Ko, C.H. Hwang, P. Fuss, and R. Harris, "Experimental Study of the Effects of Fuel Type, Fuel Distribution, and Vent Size on Full-scale Underventilated Compartment Fires in an ISO 9705 room", NIST TN 1603, NIST, Gaithersburg, MD (2008).
  11. J.G. Quintiere, "Scaling Application in Fire Research", Fire Safety J., Vol.15, pp.3-29(1989). https://doi.org/10.1016/0379-7112(89)90045-3
  12. N.P. Bryner, E.L. Johnsson, and W.M. Pitts, "Carbon Monoxide Production in Compartment Fires-Reduced-Scale Enclosure Test Facility", NIST IR 5568, NIST, Gaithersburg, MD(1994).