Semi-numerical Study on the Flame Tilt Equation due to Wind on the Surface Fire in Forest Fire

Dong-Hyun, Kim

Journal of Korean Institute of Fire Science and Engineering 2009;23(5):90-95.
Published online October 31, 2009.

산불 지표화에서의 바람에 의한 화염각 변화 산정식 도출에 관한 준-수치해석 연구

김동현

국립산림과학원 산림방재연구과

Semi-numerical Study on the Flame Tilt Equation due to Wind on the Surface Fire in Forest Fire

Kim Dong-Hyun

요약

산불의 확산에 있어 바람은 매우 중요한 인자이다. 바람은 또한 지형에 따라 변화되며 이로 인해 다른 확산형태를 가지게 된다. 따라서 산불의 확산속도 해석을 위해 먼저 풍속에 따른 화염각 변화를 살펴볼 수 있다. 이는 바람에 의해 변화된 화염각으로 인해 미연소 지표 대상물에 열전달의 차이를 가져오기 때문이다. 풍속이 증가할수록 화염과 지표면이 가까워짐으로 인해 열전달이 증가되어 미연소물질이 착화온도에 빨리 도달하게 되어 화염의 확산속도가 빨라지게 된다. 따라서 본 연구에서는 바람에 의한 화염각 변화 산정식을 Froude number 관계식을 이용한 수치해석과 실험을 통해 제시하였다. 그 결과, Froude number 계수 A=1.85를 제시하였고 제시된 식에 대한 실험 화염각의 평균 오차각은 약 $3.3^{circ}$로 다른 모델식에 비해 실험값과 유사한 결과를 나타내었다. 향후, 이 연구를 통해 열전달 수치해석을 통한 화염확산연구에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract

The wind is very important factor in forest fire spread. Flame spread has a change through wind pattern change in forest fire. In order to analyze the forest fire flame spread rate, change of flame tilt depending on wind may be considering first. This is be cause the flame spread rate varies by the flame tilt changed due to transfer of heat. Especially, as wind speed grow, flame gets closer to surface, heat transfer ratio increase, virgin fuel bed reaches ignition temperature more rapidly, and flame moves faster. This study deduces, through experiment and physical figure analysis, relations on the change behavior of flame tilt due to wind. The value of flame tilt angle calculated from the equation and the experiment value showed average error angle of $3.3^{circ}$, which is relatively smaller than results of previous studies that used other coefficient. Froude number coefficient A can be calculated in the method provided in this research for estimation of flame tilt angle of virgin fuel bed with varying thermal properties. The research finding is expected to be applied to future studies on flame spread through numerical analysis of heat transfer.

Key Words: Forest fire, Flame spread rate, Flame tilt, Surface fuel bed, Wind driven