2019 Fiscal Year Research-status Report
超音波で消す革新的消火方法開発のための流れと火炎の干渉メカニズムと最適条件の解明
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19K04944
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣田 光智 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (50333860)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波 / 消火 / 流れの可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超音波を用いて固体、液体、気体中に形成される火炎を抑制あるいは消火させるという、水を使わない新規の消火方法の開発を目的とする。特に、超音波が作用する媒質の流れと火炎の関係から、超音波を作用させた火炎が消火に至るメカニズムを調査する。
2019年度は、超音波を照射した空間中のどこに火炎が存在すると消火に至るのか、その消火範囲を調査し、同時に流れ場の可視化の準備をすることが目標であった。
まず、位置を固定した火炎（ろうそく，アルコールランプ）に対して、照射する超音波を水平方向または鉛直方向に移動し，火炎の消火が可能な範囲を計測した。また超音波振動子への印加電圧を変化させて音圧を変化させ、形成される音圧分布と消火可能範囲との関係を調査した。その結果、139 dB以上の音圧範囲に火炎基部が侵入すると火炎全体が消炎すること、印加電圧が大きいほど音圧の大きい領域が振動面とは鉛直方向に拡大されること、その影響範囲は半径方向には拡がらないことなどがわかった。また当初3年目に行う予定の一つである被覆電線の火炎の消火特性を先行して調査した。その結果、超音波の音圧が影響する範囲に被覆電線に沿った火炎がある場合，その超音波音の発生源から離れる方向へ火炎が押し倒され吹き飛ばされるような挙動となることがわかった。また超音波によって被覆電線に沿った火炎は一定の条件下で消火できることがわかった。
次に、超音波が作用する流れ場の可視化の準備として、オイルミストの添加によるミー散乱光画像の取得と、粒子画像流速計のシステム構築を行った。当初の予定では三次元での流れ場情報の取得を目標としており、今年度は準定常状態の二次元速度分布を奥行き方向に走査することで対応した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究実施計画では、2019年度は四つの方針を考えていた。すなわち、１）消火対象をろうそくとし、超音波による音場が作用した空間中でろうそくの火炎位置を手動で移動させ、消火に至る場所と条件を特定する、２）音圧分布を測定する、３）二次元流速分布取得用の可視化装置の構築とその予備実験を行う、４）補足と次年度準備である。このうち、１）２）に関しては概ね完了したうえ、追加で被覆電線火災に対する効果も先行して調査できた。３）に関しては１）２）の実験において判明した、ろうそくの火炎の消火過程をもとに計測の方法を再検討した。超音波を火炎に作用させると密度差の界面となる火炎面に一方向から力がかかり振動子と反対方向に押し倒され、火炎が小さくなった。これによりろうそくや被覆電線の蒸発のための加熱量が減り消火に至ったと考えられる。したがって浮力が働く上昇方向への火炎形状が振動を与えた方向へ倒れる際の流れ場変化に着目することが重要であることがわかった。そこで当初の予定とは異なる局所の二次元流れの変化にも着目できるように計測系を構成した。４）は、この３）の予備実験と変更追加部分を含めて準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究実施計画どおり、2020年度はレーザを用いた流れ場計測による超音波による消火可能範囲での火炎近傍の速度分布の変化を明らかにすることが目標で、四つの方針で進める。すなわち、１）超音波によりろうそくの火炎が消火に至る範囲において流れ場計測を行う、２）超音波を照射しない場合の流れ場を計測し、超音波の有無による違いを調査する、３）火炎位置・火炎挙動・流れ場の変化を関連づけ、火炎が消火に至るメカニズムを明確にする、４）各項目の進捗状況を随時把握するとともに次年度以降の実験準備・補足実験などにつなげる、である。
また2021年度は固体燃料・液体燃料・気体燃料それぞれを用いて火炎を形成させ、超音波による消火を試み、燃焼状態の違いによる超音波消火の効果を検証することが目標で、四つの方針で進める。すなわち、１）固体燃料として紙片や木片を用いて火炎を形成し超音波による消火可能範囲を測定する、２）液体燃料としてエタノールプール火炎、被覆電線を用いた火炎を形成し超音波による消火可能範囲を測定する、３）気体燃料としてろうそく火炎、メタン空気の二重円形バーナ火炎を形成し超音波による消火可能範囲を測定する、４）火炎挙動と流れ場の変化の関係から、各燃料での火災時の超音波消火装置の有効性と照射最適条件を調査する、である。
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