2005 Fiscal Year Annual Research Report
散水設備を考慮した耐火設計シミュレーションツールの構築
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16360295
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
大宮 喜文 東京理科大学, 理工学部・建築学科, 助教授 (10287469)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松山 賢 総合研究機構, 火災科学研究センター, 講師 (10307704)
若月 薫 総合研究機構, 火災科学研究センター, COE助手 (60408755)
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| Keywords | 散水設備 / 耐火設計 / 水膜 / 放射パネル / 火災外力 |
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| Research Abstract |
工学的基盤に基づく耐火設計手法を確立する際には、火災外力、温度上昇抑制手法(散水設備・耐火被覆)、材料・構造特性等の種々の条件を考慮し、火災加熱を受ける構造部材の熱的性状を明らかにする必要がある。そこで本研究では、小規模から中規模の試験体に対する散水条件下の加熱実験を実施するとともに、その成果に基づき耐火設計シミュレーションツールを構築した。
実験では、1年目において放射パネルを用いた小規模模型を構築し、散水条件下において一定の火災外力を受ける部材に入射する正味の熱流束・温度上昇特性などの定量化を図った。その結果、散水設備を用いた外力低減手法は、その効果自体極めて高いが、構造部材表面に水膜が十分に形成されるか否かが、有効性の支配因子となることが明らかとなった。続いて2年目には、中規模試験体に対する散水条件下の加熱実験を実施し、部材表面に形成される水膜の破断、消失と水温、部材表面温度、加熱条件等のパラメータの関係、水膜の温度上昇に伴う粘性の変化が水膜降下速度および厚さに与える影響を解明した。
耐火設計シミュレーションツールの構築においては、散水設備を考慮した、1)各主要構造部材への入射熱流束算定ツール、2)構造部材の温度履歴予測ツール、を開発の対象とした。ツールの構築に際しては、散水設備から放出される水滴群やミストと火炎との相互作用を考慮して数値シミュレーションを実行する場合、膨大な計算能力が必要となるため効率的な解析モデルを開発し、これを用いて、火源低減、対流温度低減、輻射の散乱と吸収による低減、構造部材の冷却効果などを考慮した、総合的な耐火設計シミュレーションツールを構築した。構造部材内部の温度履歴解析に関しては、通常の熱伝導解析コードに加え、実験より確認した水膜が形成された状況における構造部材への熱伝達機構をカスタマイズにより組み込むことで、耐火設計シミュレーションツールとして総合化を行った。
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