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Mechanism of Urban Fire Spread by Firebrands using Fire Wind Tunnel Experiments and CFD Analysis

Research Project

Project/Area Number 14350332
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Town planning/Architectural planning
Research InstitutionBuilding research Institute

Principal Investigator

HAYASHI Yoshihiko  Building Research Institute, Department of Fire Engineering, Chief Research Engineer, 防火研究グループ, 上席研究員 (70212157)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) KATO Shinsuke  University of Tokyo, Institute of Industrial Science, Professor, 生産技術研究所, 教授 (00142240)
OOKA Ryozo  University of Tokyo, Institute of Industrial Science, Assistant Professor, 生産技術研究所, 助教授 (90251470)
SAGA Takeshi  Tohoku Institute of Technology, Department of Architecture, Professor, 工学部建築学科, 教授 (50085437)
YUSA Shuitsu  Building Research Institute, 防火研究グループ, 所付 (70344009)
NARUSE Tomohiro  Building research Institute, Department of Research Planning and Management, Coordinator for International Research Cooperation, 企画部, 国際研究協力参事 (50237624)
岩見 達也  国土技術政策総合研究所, 都市研究部, 研究員
大宮 喜文  東京理科大学, 理工学部・建築学科, 専任講師 (10287469)
Project Period (FY) 2002 – 2003
Project Status Completed (Fiscal Year 2003)
Budget Amount *help
¥14,600,000 (Direct Cost: ¥14,600,000)
Fiscal Year 2003: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2002: ¥11,100,000 (Direct Cost: ¥11,100,000)
KeywordsUrban Fire / Firebrand / Spot Fire / Fire Skip / Fire Wind Tunnel Experiment / CFD / CFD
Research Abstract

1.Purpose of the Research
This study was intended to perform fire wind tunnel experiments to elucidate the properties and behavior of firebrands produced from burning houses under a wind load and to develop a firebrand-based fire-spreading simulation model by combining the experiment results with the Computational Fluid Dynamics(CFD) technique.
2.Findings of the Research
(1)With regard to firebrand generation
A fire resistant house was constructed inside the fire wind tunnel facility at the Building Research Institute, Japan. Time-series measurements were conducted for quantity, shape, size, and other aspects of firebrands generated during a fire, systematically varying the speed of inflow wind and other parameters. Based on those results, the quantity of firebrands generated from a burning house under a wind load and other factors were generalized.
(2)With regard to the scattering of firebrands
A numerical simulation model was developed through modification of the Fire Dynamics Simulator(FD … More S) of the National Institute of Standards and Technologies(NIST) to predict the firebrand scattering area. It was designed to deal with rapid thermal and density changes in a fire, as well as to take into account the drag and lift forces working on scattering particles. The model was subjected to full validation based on the results of a fact-finding survey of the firebrand scattering area in a fire that broke out at the Shirahama Spa, Wakayama prefecture. Cone calorimeter tests were also conducted using wood chips resembling firebrands to clarify the thermal behavior of scattering firebrands in terms of the heat generation rate and mass changes.
(3)With regard to the thermal damage potential of falling firebrands
In a post-earthquake situation in which roof tiles have usually fallen off of a structure, the spot fire risks become high because of the exposure of wooden materials used for roof structures. Given that, based on aerial photographs and field surveys performed of the city of Kobe after the Great Hanshin-Awaji Earthquake, the number of wooden buildings with fallen roof tiles was counted, classifying the level of structural damage. In addition, a general expression was proposed for predicting the shedding of roof tiles immediately after an earthquake. To clarify the spot fire behavior of roofs, fire wind tunnel experiments were performed using the shedding status of roof tiles and wind speed as parameters.
(4)Development of firebrand fire spread simulation model
A firebrand-based fire-spreading simulation model was developed by integrating the findings described in (1),(2) and (3) above. Case studies of actual built-up areas were also conducted. Less

Report

(3 results)
  • 2003 Annual Research Report   Final Research Report Summary
  • 2002 Annual Research Report
  • Research Products

    (39 results)

All 2004 2003 Other

All Journal Article (27 results) Publications (12 results)

  • [Journal Article] 有風下における市街地火災シミュレーション2004

    • Author(s)
      大竹宏, 黄弘, 大岡龍三, 加藤信介, 林吉彦
    • Journal Title

      生産研究(東京大学生産技術研究所所報) 56

    • NAID

      110000244330

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉飛散時の燃焼性状に関するコーンカロリーメータ試験2004

    • Author(s)
      吉岡英樹, 林吉彦, 飯田良夫, 中村賢一, 野口貴文
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Pages: 437-440

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    • Author(s)
      吉岡英樹, 林吉彦, 西本俊郎, 林丈晴, 佐藤英人, 大宮喜文, 野口貴文
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Pages: 441-444

    • NAID

      10012962936

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    • Author(s)
      佐藤英人, 吉岡英樹, 林吉彦, 林丈晴, 岩見達也, 野口貴文, 大宮喜文
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Pages: 445-448

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    • Author(s)
      林吉彦, 吉村更一, 大槻真人, 吉岡英樹, 野口貴文
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Pages: 449-452

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    • Author(s)
      林吉彦, 吉村更一, 大槻真人, 吉岡英樹, 野口貴文
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Pages: 453-454

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  • [Journal Article] 市街地火災の延焼拡大に対する火の粉の影響 火の粉を考慮しない場合の酒田市大火延焼シミュレーション2004

    • Author(s)
      吉岡英樹, 林吉彦, 平澤一浩, 程洪, 鴨川美紀, 野口貴文
    • Journal Title

      日本建築学会関東支部研究報告集

      Pages: 455-456

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] Ignition Behavior of Firebrands Landed on Roofs with Roof-tile Deficit after and Earthquake2004

    • Author(s)
      Hideki Yoshioka, Yoshihiko Hayashi, Yoshifumi Ohmiya, Takafumi Noguchi
    • Journal Title

      Proceedings of the 6th Asia-Oceania Symposium

      Pages: 819-830

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その1) 数値解析手法2003

    • Author(s)
      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 筧雅行, 後藤伸寿
    • Journal Title

      富士総合研究所計算科学技術研究センター研究実績(2002年度)

      Pages: 88-91

    • NAID

      80015987948

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その2) 計算と実地調査結果の比較2003

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      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 筧雅行, 後藤伸寿
    • Journal Title

      富士総合研究所計算科学技術研究センター研究実績(2002年度)

      Pages: 92-95

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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 市街地における燃焼モデリングに関する研究2003

    • Author(s)
      黄弘, 大岡龍三, 加藤信介, 林吉彦, 大竹宏
    • Journal Title

      市街地における燃焼モデリングに関する研究

      Pages: 366-369

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 市街地火災における火の粉の飛散性状のCFD解析2003

    • Author(s)
      大竹宏, 黄弘, 大岡龍三, 加藤信介, 林吉彦
    • Journal Title

      日本火災学会研究発表会概要集

      Pages: 370-373

    • NAID

      130005023549

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 有風下における火災家屋からの火の粉の発生性状に関する実スケール火災風洞実験2003

    • Author(s)
      吉岡英樹, 林吉彦, 大宮喜文, 菅原進一, 野口貴文, 加藤信介, 大岡龍三
    • Journal Title

      日本火災学会研究発表会概要集

      Pages: 376-379

    • NAID

      80015987947

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その1) 数値解析手法2003

    • Author(s)
      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 筧雅行, 後藤伸寿, 黄弘, 大竹宏, 加藤信介, 大岡龍三, 吉岡英樹, 野口貴文
    • Journal Title

      日本火災学会研究発表会概要集

      Pages: 388-391

    • NAID

      80015987948

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その2) 計算結果と実地調査結果の比較2003

    • Author(s)
      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 筧雅行, 後藤伸寿, 黄弘, 大竹宏, 加藤信介, 大岡龍三, 吉岡英樹, 野口貴文
    • Journal Title

      日本火災学会研究発表会概要集

      Pages: 392-395

    • NAID

      80015987949

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 市街地火災における燃焼モデリングに関する研究2003

    • Author(s)
      大岡龍三, 加藤信介, 黄弘, 林吉彦, 大竹宏
    • Journal Title

      日本風工学会年次研究発表会梗概集 95

      Pages: 41-42

    • NAID

      130005023548

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  • [Journal Article] 市街地火災における火の粉の飛散性状のCFD解析2003

    • Author(s)
      加藤信介, 黄弘, 大岡龍三, 林吉彦, 大竹宏
    • Journal Title

      日本風工学会年次研究発表会梗概集 95

      Pages: 43-44

    • NAID

      130005023549

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 有風下における火災家屋からの火の粉の発生性状に関する実スケール火災風洞実験2003

    • Author(s)
      吉岡英樹, 林吉彦, 大宮喜文, 加藤信介, 大岡龍三, 野口貴文
    • Journal Title

      日本風工学会年次研究発表会梗概集 95

      Pages: 45-46

    • NAID

      80015987947

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  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その1) 数値解析手法2003

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      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 後藤伸寿, 加藤信介, 大岡龍三, 吉岡英樹, 野口貴文
    • Journal Title

      日本風工学会年次研究発表会梗概集 95

      Pages: 47-48

    • NAID

      80015987948

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その2) 計算結果と実地調査結果の比較2003

    • Author(s)
      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 後藤伸寿, 加藤信介, 大岡龍三, 吉岡英樹, 野口貴文
    • Journal Title

      日本風工学会年次研究発表会梗概集 95

      Pages: 49-50

    • NAID

      80015987949

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション2003

    • Author(s)
      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 筧雅行, 後藤伸寿, 佐賀武司
    • Journal Title

      日本建築学会技術報告集 17

      Pages: 203-208

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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 有風下における火災家屋からの火の粉の発生性状に関する実スケール火災風洞実験2003

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      吉岡英樹, 林吉彦, 大宮喜文, 野口貴文, 加藤信介, 大岡龍三
    • Journal Title

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      Pages: 117-118

    • NAID

      80015987947

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 市街地火災における燃焼モデリングと火の粉の飛散性状の数値解析(その1) 火災気流モデルと燃焼モデリング2003

    • Author(s)
      黄弘, 大岡龍三, 加藤信介, 林吉彦, 大竹宏
    • Journal Title

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      Pages: 127-128

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  • [Journal Article] 市街地火災における燃焼モデリングと火の粉の飛散性状の数値解析(その2) 火の粉の飛散性状の数値解析2003

    • Author(s)
      大竹宏, 黄弘, 大岡龍三, 加藤信介, 林吉彦
    • Journal Title

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      Pages: 129-130

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  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その1) 数値解析手法2003

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      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 後藤伸寿, 加藤信介, 大岡龍三, 野口貴文, 吉岡英樹
    • Journal Title

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      Pages: 131-132

    • NAID

      80015987948

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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] 火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その2) 計算結果と実地調査結果の比較2003

    • Author(s)
      林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 後藤伸寿, 加藤信介, 大岡龍三, 野口貴文, 吉岡英樹
    • Journal Title

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      Pages: 133-134

    • NAID

      80015987949

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Journal Article] CFD Simulation of Thermal Plume and Firebrands Scattering in Urban Fire2003

    • Author(s)
      Hong Huang, Ryozo Ooka, Shinsuke Kato, Hiroshi Otake, Yoshihiko Hayashi
    • Journal Title

      Proceedings of the Second International Symposium on New Technologies for Urban Safety of Mega Cities in Asia

      Pages: 111-118

    • NAID

      130004887465

    • Description
      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 Final Research Report Summary
  • [Publications] 吉岡英樹, 林吉彦, 大宮喜文ほか: "有風下における火災家屋からの火の粉の発生性状に関する実スケール火災風洞実験"日本風工学会年次研究発表会梗概集. 45-46 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 林吉彦, 吉村更一, 大槻真人ほか: "火の粉の飛散範囲の数値シミュレーション(その1)飛散時挙動に関する物理モデルの検討"日本建築学会関東支部研究報告集. 449-452 (2004)

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  • [Publications] 林吉彦, 吉村更一, 大槻真人ほか: "火の粉の飛散範囲の数値シミュレーション(その2)火の粉飛散の物理モデルの検証"日本建築学会関東支部研究報告集. 453-454 (2004)

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  • [Publications] 吉岡英樹, 林吉彦, 飯田良夫ほか: "火の粉飛散時の燃焼性状に関するコーンカロリーメータ試験"日本建築学会関東支部研究報告集. 437-440 (2004)

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  • [Publications] 佐藤英人, 吉岡英樹, 林吉彦ほか: "火の粉による跳躍延焼予測モデルの初期条件 屋根瓦の脱落に関する阪神淡路大震災後の航空写真を用いた分析"日本建築学会関東支部研究報告集. 445-448 (2004)

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  • [Publications] 吉岡英樹, 林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, 加藤信介, ほか: "火災家屋からの火の粉の発生性状に関する実規模火災風洞実験"日本建築学会関東支部研究報告集. I. 495-498 (2003)

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      2002 Annual Research Report
  • [Publications] 林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, ほか: "火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション(その1、その2)"日本建築学会関東支部研究報告集. I. 487-494 (2003)

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  • [Publications] 林吉彦, 大宮喜文, 岩見達也, 佐賀武司, ほか: "火の粉の飛散範囲に関する数値シミュレーション"日本建築学会技術報告集. 第17号. 199-204 (2003)

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  • [Publications] 大宮喜文, 林吉彦, 岩見達也: "市街地火災の延焼シミュレーションモデル"日本建築学会建築雑誌. 第118号第1505号. 42-43 (2003)

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Published: 2002-04-01   Modified: 2016-04-21  

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