화염전파
화재의 전개과정은 최초 점화가 일어난 점에서 화염이 가연물을 따라 얼마나 빠르게 전 파되는지의 정도에 의존한다. 화염 전파과정은 점화이후의 화재가 가연물의 표면을 따라 확 산되어 가는 비정상적인(unsteady) 연소과정이다.
The evolution of a fire depends on how quickly the flames spread along the combustible material from the point of initial ignition. The flame propagation process is an unsteady combustion process in which the fire after ignition spreads along the surface of the combustible material.
화염전파는 재료의 화학적 조성과 같은 물리적 물성에 크게 의존할 뿐만 아니라 외기의 영향이나 중력에 대한 가연물의 방향등 다 양한 인자에 의해 영향을 받는다. [그림 3-26]에서 보는 바와 같이 바람의 영향은 화염의 형상은 변화시키고 가연물로의 열적 피드백의 변화를 가져오기 때문에 가연물의 연소율에 직접적인 영향을 미치게 된다.
화염의 전파과정은 외풍 조건이 강제대류인 경우와 자연대류인 경우로 나눌 수 있고 강 제대류인 경우, 외풍의 순방향 화염전파와 역방향으로의 화염전파로 구분할 수 있다. 한편 수직방향의 화염전파의 경우 부력에 의해 유입되는 공기가 외풍의 역할을 하기 때문에 상 방향(upward) 화염전파와 하방향(downward)으로의 화염전파가 진행된다.
The flame propagation process can be divided into cases where the draft condition is forced convection and natural convection. In the case of forced convection, it can be divided into flame propagation in the forward direction of the draft and flame propagation in the reverse direction. Meanwhile, in the case of vertical flame propagation, the air flowing in due to buoyancy acts as a draft, so upward and downward flame propagation occurs.
고체가연물의 화염전파
we're discussing flame spread in solid combustibles. Flame spread is a critical concept in fire safety, referring to the rate at which fire travels across the surface of a solid material. Several factors influence this process. First, the material's chemical composition significantly affects how quickly it ignites and burns. Materials like wood or plastics are more susceptible to rapid flame spread compared to metals. Second, the surface texture plays a role; rough surfaces can allow flame to catch more easily.
Third, environmental conditions such as oxygen availability, temperature, and airflow also impact flame behavior. In a fire scenario, oxygen feeds the flame, increasing its intensity and spread rate. Additionally, the material's orientation, whether it’s horizontal or vertical, can change how flames move.
A vertical orientation often results in faster upward flame spread due to heat rising. Understanding these dynamics is crucial for designing safer buildings and developing fire-resistant materials. By studying flame spread, we enhance our ability to prevent fire-related incidents and improve overall safety.
[그림 3-28]과 같이 외부유동에 의해 화염이 기울어진 경우 연소가 진행되고 있는 구간 화염에 의해 가열되고 있는 구간인 구분할 수 있다. 여기서 외풍 이 불어오는 방향으로 화염전파가 이루어지는 경우 화염 선단 앞쪽에 존재하기도 하 고 기울어진 화염에 의한 열전달의 영향을 받는 길이가 되기도 한다. 가연물로 가해 지는 열에너지는 가열영역으로 도달하는 화염면으로 부터의 열 유속에 의존한다.
액체연표의 수평적인 화염전파는 액체연료내부에 대류열전달이 존재하고 열해리 과정이 없이 열역학적인 증발에 의해 연료증기를 생성하기 때문에 고체가연물의 화염전파 메커니 즘과 구별된다. 특히 액체연료의 온도상승에 따라 액체의 표면장력은 감소하게 되고 이로 인해 화염이 가열되지 않은 액체 쪽으로 이끌리게 된다
액체 메탄올의 표면을 따른 화염전파 특성을 나타낸다. 액체 표면의 온도 가 인화점보다 낮은 경우 화염전파는 액체연료내의 수송현상에 따라 이루어지고 액체 표면 온도가 인화점 이상인 경우 액체의 표면상에서 가연성 혼합기가 형성되기 때문에 화염전파 는 기상의 화염전파 메커니즘에 의해 이루어진다.
Flame propagation characteristics along the surface of liquid methanol are shown. When the temperature of the liquid surface is lower than the flash point, flame propagation is achieved by the transport phenomenon within the liquid fuel. When the liquid surface temperature is above the flash point, a combustible mixture is formed on the surface of the liquid, so flame propagation is achieved by the gas-phase flame propagation mechanism.
연소율과 발열량
점화는 화재 성장의 시작단계로서 점화 이후 형성된 화염의 연소과정으로 인해 가연물의 질량은 지속적으로 감소하게 된다. 지속적인 화염의 성장은 화염전파(flame spread)로 이 어지고 화염의 경계는 확대된다. 일반적으로 단위시간당 화재에서 연소되는 연료의 질량을 연소율(burning rate)로 정의하고 연소율은 화재강도(fire size)와 직접적으로 관련되어 있 기 때문에 화재를 정량적으로 평가하는데 매우 중요한 인자이다.
화재의 발열량(heat release rate)는 화재의 크기 혹은 강도를 나타내며 단위시간당 화재로부터 방출된 에너지 로 정의된다. 본 장에서는 발생된 화재의 규모를 정량적 나타내는 인자인 연소율과 발열량 에 대해 설명하고 화재 강도를 정량화 하는 방법에 대해 학습한다.
The heat release rate of a fire refers to the size or intensity of the fire and is defined as the energy released from the fire per unit time. In this chapter, we explain combustion rate and heat generation, which are factors that quantitatively represent the scale of a fire that has occurred, and learn how to quantify fire intensity.
연소율의 기본 개념
점화에 의해 생성된 화염은 가연물에 지속적인 열에너지를 공급하고 가연물로부터 연료 증기(fuel vapor)를 생성하며 화염을 유지하게 된다. 이러한 연료증기는 가연물로부터의 증 발이나 열해리 등에 의해 발생된 것으로 화재가 지속됨에 따라 가연물의 질량은 감소하게 된다.
The flame created by ignition continuously supplies heat energy to the combustible material, generates fuel vapor from the combustible material, and maintains the flame. These fuel vapors are generated by evaporation or thermal dissociation from combustibles, and as the fire continues, the mass of combustibles decreases.
따라서 가열물에서 생성된 연료증기의 양은 가연물의 질량감소와 같아야 하며 이러한 시간에 따른 가연물의 질량변화를 질량감소율(mass loss rate)로 정의한다.
Therefore, the amount of fuel vapor generated from the heated material must be equal to the mass reduction of the combustible material, and the change in mass of the combustible material over time is defined as the mass loss rate.
연소율(burning rate)는 단위시간당 화재에서 연소된 연료의 양을 의미하는 것으로 질량 감소율과 매우 유사한 개념이나 가연물에서 생성되는 연료가 모두 연소되지 않고 타지 않 은 연료증기형태로 존재하는 경우에는 질량감소율과 연소율이 차이를 보인다.
Burning rate refers to the amount of fuel burned in a fire per unit time and is a very similar concept to mass reduction rate. However, when all the fuel generated from combustibles is not burned and exists in the form of unburned fuel vapor, the mass reduction rate and There is a difference in combustion rate