Smoke flow prediction based on mass consistent flow model

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01593
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 岡 泰資 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (10240764)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松山 賢 東京理科大学, 理工学研究科国際火災科学専攻, 教授 (10307704) ; 上矢 恭子 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 講師 (10803356) ; 岡 秀行 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80399518)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 煙流動予測 / 質量保存流速モデル / 火災リスク

Outline of Annual Research Achievements

建築火災時の煙を伴った熱気流の拡散状況を，二層ゾーンモデルよりも詳細に，数値流体力学モデルよりも高速に予測できる手法として，大気風速場予測手法の一つである質量保存流速モデルにもとづく数値予測手法を建築火災安全工学分野への導入を検討した。質量保存流速モデルでは，対象空間内の一次推定速度の設定，障害物周りの渦形成を再現する代数モデルによる一次推定速度の修正，さらに質量保存に基づき最終速度を予測する。このうち第1及び第2ステップの速度設定が，最終速度の予測精度に大きな影響を与える。
本研究では廊下状空間を対象とし，米国国立標準技術研究所が開発したFire Dynamics Simulator (Ver. 6.5.1)を用いて，断面積を一定とした矩形断面の縦横比を5段階変化させた数値実験を実施し，空間長手軸方向に，射流域から常流域の垂直速度分布に注目した。計算結果をもとに，天井近傍の上部層，床面近傍の下部層及び中間層の3層に分割し，上部層及び下部層には，矩形断面形状を考慮した最大速度と各層の厚みを採用したプロファイル法を，中間層には，横長，縦長とその断面形状に応じた分布関数を適用することで，各断面形状に応じた一次推定速度の設定手法を構築した。なお異なる断面アスペクト比を有する模型実験で取得した垂直速度分布との比較から，提案した一次推定手法の妥当性を検証した。
また，平板上に発達した境界層流れの中に設置された矩形物体周辺に形成される循環流および伴流域を再現するための既存の代数モデルは，防炎垂れ壁のような薄板状障害物周りの流れの再現性が低いことから，速度欠損を考慮したShelterモデルの適用により渦形成の再現性の改善を試みた。
さらに，廊下状空間の長手軸に沿って伝播する熱気流の温度及び速度の減衰性状および気流厚みを予測する関係式を矩形断面の縦横比を考慮した形で導出した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。