확산연소(diffusion combustion)는 연료와 산화제(공기)가 별도로 공급되어 화염면에서 만나 혼합되면서 연소하는 방식입니다. 응급구조학과 학생 및 응급구조사 국가고시 수험생의 관점에서 보면, 이는 병원전 처치에서 사용하는 일부 발열 장비나 산소 관련 장비의 연소 원리와 연결되며, 연소 이상현상은 화재 현장의 위험성 평가와도 직결됩니다. 확산연소의 이상현상은 연료의 분출속도와 연소속도의 균형이 깨질 때 발생합니다.
역화(back fire)는 연소속도가 분출속도보다 커서 화염이 노즐 내부로 역류하는 현상입니다. 연소속도가 분출속도보다 빠르면 화염이 연료 공급구 쪽으로 전파될 수 있는데, 이때 화염이 노즐 내부로 빨려 들어가는 것이 역화입니다. 이는 예혼합연소에서 주로 발생하지만, 확산연소에서도 연료와 공기의 혼합 조건에 따라 나타날 수 있습니다. 역화가 발생하면 장비 손상이나 폭발로 이어질 수 있어 위험합니다.
선화(lifting)는 역화와 반대 개념입니다.
혼동 주의! 선화는 연소속도가 분출속도보다 커서 생기는 현상이 아니라,
분출속도가 연소속도보다 커서 화염이 노즐 출구에서 떨어져 들뜨는 현상입니다. 분출속도가 지나치게 빠르면 화염이 노즐에 붙어 있지 못하고 위로 떠오르게 됩니다. 따라서 보기 3번은 선화의 원인을 반대로 설명하고 있어 틀렸습니다.
난류확산화염(turbulent diffusion flame)의 화염높이는 분출속도와 단순 비례하지 않습니다. 층류확산화염에서는 분출속도가 증가하면 화염높이가 증가하지만, 난류 영역에서는 분출속도가 커져도 화염높이가 거의 일정해지거나 오히려 감소할 수 있습니다. 이는 난류 혼합이 활발해져 연소가 빠르게 완결되기 때문입니다. 보기 2번의 "계속 비례하여 늘어난다"는 설명은 층류 영역에만 해당하는 내용으로, 난류확산화염에는 적용되지 않습니다.
황염(yellow tip)은 공기 공급이 충분할 때 나타나는 청색 불꽃이 아니라,
공기 공급이 부족하거나 연료 과잉 상태에서 그을음(soot) 입자가 생성되어 노란색을 띠는 불꽃입니다. 확산연소에서 연료가 공기와 충분히 혼합되지 못하면 불완전연소가 일어나고, 이때 생성된 그을음 입자가 고온에서 노란빛을 방출합니다. 공기 공급이 충분하면 완전연소에 가까워져 청색 불꽃이 나타납니다. 보기 4번은 황염의 정의를 반대로 설명하고 있어 틀렸습니다.
확산연소의 이상현상을 정리하면 다음과 같습니다.
| 이상현상 | 발생 조건 | 특징 |
|---|
| 역화(back fire) | 연소속도 > 분출속도 | 화염이 노즐 내부로 역류 |
| 선화(lifting) | 분출속도 > 연소속도 | 화염이 노즐 출구에서 들뜸 |
| 황염(yellow tip) | 공기 부족, 연료 과잉 | 그을음 생성으로 노란 불꽃 |
| 청염(blue flame) | 공기 충분, 완전연소 | 청색 불꽃, 그을음 적음 |
핵심! 역화와 선화를 구분할 때는 "무엇이 더 빠른가"를 기준으로 삼으면 됩니다. 연소속도가 빠르면 화염이 연료 쪽으로 역류하여 역화, 분출속도가 빠르면 화염이 밀려 올라가 선화가 발생합니다. 황염은 공기 부족의 신호이며, 청염은 완전연소의 신호입니다.