Mass Loss and Air Entrainment Rate of Whirl Fire by Height of Fire Source

화점높이 변화에 따른 Whirl Fire의 질량감소 및 공기유입속도

  • Received : 2011.02.07
  • Accepted : 2011.04.08
  • Published : 2011.04.30

Abstract

This study is intended to understand mass loss rate and air entrainment rate of the whirl fire by height of fire source. Liquid fuels were methanol and n-Heptane which are used in many studies of whirl fire. Size of vessel was 100 mm ${\times}$ 100 mm ${\times}$ 50 mm and the vessel was made by stainless steel. When height of fire source changed from 0 cm to 30 cm, air entrainment rate showed the fastest in case of 0 cm. And in the same height of fire source, average and maximum air entrainment rate showed the fastest in 30 cm of anemometer. From the results of whirl fire for methanol and n-Heptane, mass loss rate and air entrainment rate of n-Heptane was found to faster 1.33 to 1.58 times and 4.38 to 5.44 times compared with methanol, respectively. Consequently, mass loss rate and air entrainment rate in whirl fire was able to identified decrease as height of fire source increases and the higher the heating value, increases the that's value.

화점높이 변화에 따른 회오리 화염의 질량감소속도와 공기유입속도를 알아보기 위하여 회오리 화염 연구에서 많이 사용되고 있는 인화성 액체인 메탄올과 노말 헵탄을 사용하였다. 용기의 재질은 스테인레스로 100mm ${\times}$ 100mm ${\times}$ 50mm 크기의 사각형으로 제작하여 연소실험에 사용하였다. 외부로부터 화염으로 의 공기유입속도는 화점의 높이를 0cm에서 30cm로 변화시켰을 때, 0cm의 높이에서 가장 빠른 공기유입속도를 나타냈으며, 동일한 화점의 높이에서는 다점풍속기의 높이가 30cm인 경우에 가장 빠른 평균 공기유입속도와 최대 공기유입속도를 나타내었다. 또한 메탄올과 노말 헵탄의 회오리 화염의 결과로부터 질량감소속도는 노말 헵탄이 메탄올에 비해 1.33~1.58배, 외부로부터 화염으로의 공기유입속도는 노말 헵탄이 메탄올에 비해 4.38~5.44배 각각 빠름을 알 수 있었다. 결론적으로, 회오리 화염에서 질량감소속도와 외부에서 화염으로의 공기유입속도는 화점의 높이가 증가할수록 감소하며, 같은 실험조건에서 시료의 고위/저위 발열량이 높을수록 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.

Keywords

References

  1. Ken Matsuyama, Naohisa Ishikawa, Yoshifumi Ohmiya, Shu-ichi Tanaka, Futoshi Tanaka, and Yoshihiko Hayashi, "A Study on Generation and Development Mechanisms of Fire Whirls, Part 1 Experimental Analysis using the Reductive Scale Model", Fire Science and Technology Special Issue, Vol.26, No.4, pp.297-302(2007) https://doi.org/10.3210/fst.26.297
  2. 이성은, "회오리 화염의 연소특성과 수치해석에 관한연구", 호서대학교대학원 박사학위논문, pp.1-6(2006).
  3. D.W. Goens, "Fire Whirls", NOAA Technical Memorandum NWS WR-129, Missoula, MT(1978).
  4. 최상열, 유홍선, "회전강도가 Fire Whirl의 특성에 미치는 영향에 관한 실험연구", 한국안전학회지, Vol.20, No.2, pp.11-17(2005).
  5. Jiao Lei, Naian Liu, Linhe Zhang, Haixiang Chen, Lifu Shu, Pu Chen, Zhihua Deng, Jiping Zhu, Kohyu Satoh and John L. de Ris, "Experimental Research on Combustion Dynamics of Mediumscale Fire Whirl", Proceedings of the Combustion Institute, Vol.33, No.2, pp.2407-2415 (2011). https://doi.org/10.1016/j.proci.2010.06.009
  6. K. Kuwana, S. Morishita, and R. Dotashi, "The Burning Rate's Effect on the Flame Length of Weak Fire Whirls", Proceedings of the Combustion Institute, Vol.33, No.2, pp.2425-2432(2011). https://doi.org/10.1016/j.proci.2010.05.049
  7. Kuwana Kazunori, Morishita Satoshi, and Dobashi Ritsu, "Theoretical and Numerical Study on Flame Height of Axisymmetric Laboratory-Scale Fire Whirls", Journal of the Combustion Society of Japan, Vol.51, No.155, pp.56-62(2009)
  8. K.H. Chuah, K. Kuwana, and K. Saito, "Modeling a Fire Whirl Generated over a 5-cm-diameter Methanol Pool Fire", Combustion and Flame, Vol.156, No.9, pp.1828-1833(2009). https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2009.06.010
  9. K.H. Chuah and G. Kushida, "The Prediction of Flame Heights and Flame Shapes of Small Fire Whirls", Proceedings of the Combustion Institute, Vol.31, No.2, pp.2599-2606(2007). https://doi.org/10.1016/j.proci.2006.07.109
  10. K. Matsuyama, T. Kobayashi, and Y. Ohmiya, "An Experimental Study on a Fixed-frame Type Fire Whirl", Fire Science & Engineering, Interflam 2007, pp.1403-1408(2007).
  11. 배승용, 유홍선, 홍기배, "굴참나무 낙엽의 Fire Whirl 특성에 관한 실험 및 수치해석 연구", 한국화재소방학회 논문지, Vol.23, No.3, pp.73-78(2009).
  12. 이성은, 오규형, "회오리 화염의 연소특성과 FDS를 이용한 회오리 화염 해석에 관한 연구", 한국화재소방학회 2007년도 춘계학술논문발표회 논문집, pp.332-337(2007).
  13. 오규형, 이성은, "Fire whirl의 연소특성에 관한 연구", 한국안전학회 2005년도 추계학술발표 논문집, pp.114-120(2005).
  14. 강연옥, 오규형, 이성은, "Fire Whirl의 한계에 관한연구", 한국안전학회 2004년도 추계학술 발표회, pp.96-101(2004).
  15. 강연옥, 오규형, 이성은, "Whirl Fire와 Pool Fire의 화염 거동에 관한 연구", 한국안전학회지, Vol.19, No.3, pp.45-50(2004).