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방재영역/방화공학

연소 속도

by Danny' 2021. 1. 18.
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연소 속도

목 차

     

    개요

    연소한 가스와 미연소 가스의 경계면에서는 복잡한 화학반응이 일어나 고온의 강한 빛을 발생하는데 이것을 화염(Flame)이라고 합니다. 발화원에서 발생한 화염이 혼합가스를 이동하는 현상을 화염전파라고 하는데 이 경우를 미연소 가스에 대한 화염 진행속도라고 정의할 수 있습니다. 

     

    연소 속도는 연소시 화염이 미연소 혼합가스에 대하여 수직으로 이동하는 속도를 뜻하는데 단위시간에 단위면적당 혼합가스량(㎥/㎡·s)을 말합니다. 이는 가스의 성분, 공기와의 혼합비율, 혼합가스의 온도 및 압력에 따라 달라집니다. 

     

    연소속도는 가스의 분출 상태에 따라서 층류 연소 속도와 난류 연소 속도로 구분되는데 이것은 레이놀즈 수에 의해 정해지며 보통 연소 속도라 함은 층류 연소 속도를 말하고 화재인 경우는 난류 연소 속도입니다.

     

     

    연소 속도가 미치는 영향

    연소 속도의 값은 주위물질에 대한 점화 가능성을, 실내에서의 플래시오버 가능성을 나타냅니다. 또한, 화재를 진화하는데 필요한 물의 공급율 등과 밀접한 관계가 있습니다.   

     

    연소속도 변화의 영향인자

    온도

    온도가 높아지면 연소 속도가 증가합니다. 온도가 높아지면 기체의 분자운동 및 반응이 활발해져 연소속도는 증가하게 됩니다. 

    압력

    압력이 높아지면 연소속도가 증가합니다. 압력이 높아지면 분자 간의 간격이 좁아지면서 유효 충돌이 증가하게 되어 연소 한계가 커지게 되어 연소 속도는 증가합니다. 

     

    혼합물의 조성

    혼합물이 연소 한계에 가까워질수록 연소 속도는 낮아집니다. 가연성 가스의 조성이 화학 양론적 조성일 때가 최고입니다. 

     

    난류

    난류에 의해 주름 잡힌 화염은 더 많은 표면적과 에너지를 갖게 되어 연소 속도를 증가시킵니다. 밀폐계에서는 연소 속도의 가속으로 압력이 증가하여 폭발을 일으킵니다. 

    억제제(불활성 가스)의 첨가

    질소나 이산화탄소의 불활성 희석제의 억제제가 혼합기 속에 첨가되면 산소농도가 작아져서 연소 속도가 감소합니다. 

     

     

    난류연소속도

    화염전파속도

    화염전파속도 = 미연소 가스 속도 + 연소 속도

    Vf= u + Su

    여기서, u: 미연소 가스 속도, Su : 연소 속도

     

    화염 가속의 원인

    혼합기의 성징, 온도의 상승, 압력의 상승, 유체와 고체 벽과의 전단응력(외부 유체의 전단응력), 흐름의 속도 변동, 농도의 불균일이 있습니다. 

     

    <함께보면 좋은 글>

    2021/01/17 - 화재성장의 3대 요소 (점화, 화염확산, 연소속도)

    2021/01/14 - 소방화학의 기본사항

    2021/01/15 - 화재와 기상의 관계(기상조건, 습도, 바람세기, 풍속)

     

    Reference

    1. 소방기술사 subnote by 유

     

     

     

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