Study on the Ignition of Fallen Leaves by a Cigarette Butt

Dong-Hyun, Kim; Myung-Bo, Lee

Fire Science and Engineering 2010;24(5):39-49.
Published online October 31, 2010.

담뱃불에 의한 낙엽 착화에 대한 연구

김동현, 이명보

¹국립산림과학원 산림보전부 산림방재연구과²국립산림과학원 산림보전부 산림방재연구과

Study on the Ignition of Fallen Leaves by a Cigarette Butt

Kim Dong-Hyun, Lee Myung-Bo

요약

본 연구에서는 담뱃불에 의한 낙엽 착화 특성에 대해 실험과 수치 해석을 이용하여 담뱃불로 인한 산불 발생 위험성에 대해 구명하고자 한다. 실험 방법은 P. densiflora와 Q. variabilis 2종의 낙엽에 대해 수분함유량, 풍속, 바람방향 대비 담뱃불 위치, 낙엽에서의 담뱃불 위치, 담배 굵기, 낙엽의 부서짐 정도, 경사조건 등 총 2,304 조건에 대해 5회 반복실험을 실시하였다. 낙엽의 온도변화는 전산수치해석을 통해 분석하였다. 실험 결과, 전체 2,304 조건의 실험에서 약 8.6%인 197조건에서 발화가 되었고 각 조건별 5회 반복실험에서 모두 발화된 최적조건은 전체의 약 0.6%인 13조건으로 조사되었다. 담뱃불로 인해 100% 발화가 가능한 최적 조건은 수분함유량 15% 미만, 부서진 낙엽상태, 풍속 2.0m/s 이상, 담뱃불이 낙엽에 덮여 있는 조건이 일치할 경우인 것으로 분석되었다. 열전달 수치해석을 이용한 Q. variabilis 낙엽의 온도변화를 분석한 결과, 담뱃불 부근의 낙엽 바닥면에서 약 $307^{circ}C$(Max. $317^{circ}C$) 이상 온도가 지속 되는 것으로 나타났다. 따라서 Q. variabilis의 자연발화 및 착화온도가 각각 $307^{circ}C$, $305^{circ}C$인 것에 비추어 담뱃불로 인한 발화가 가능한 것으로 분석되었다.

Abstract

In order to find out the environment vulnerable to cigarette fire in which smoldering fire grows into flame fire, a cigarette combustion test and numerical analysis were performed using fallen leaves of P. densiflora and Q. variabilis. Tests were repeated five times on 2,304 conditions with four cases of fuel moisture content, six cases of velocity, two cases of cigaret location against direction of the wind, three cases of cigaret location against fallen leaves, two species of thickness of cigaret, two cases of slope conditions and two cases of fragileness of fallen leaves. Cigaret fire's flammability to the fallen leaves was monitored by analyzing heat transfer process using CFD (Computational Fluid Dynamic) under the most optimal condition through an ignition test on 2,304 conditions. The result of a cigaret fire ignition test for fallen leaves, found ignition in 197 conditions out of 2,304 conditions representing 8.6% while 13 conditions representing approximately 0.6% saw ignition across five repeated tests. The result of CFD analysis, the temperature of the bottom of fallen leaves was reached on self-ignition and pilot-ignition temperature.

Key Words: Forest fire, Cigarette, Smoldering fire, Combustion test