2021 Fiscal Year Research-status Report
Simulating wildfire growth
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19K22023
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
桑名 一徳 東京理科大学, 理工学研究科国際火災科学専攻, 教授 (30447429)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢崎 成俊 明治大学, 理工学部, 専任教授 (00323874)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 森林火災 / 延焼速度 / 移動境界問題 / 火災旋風 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
延焼モデルの精度向上に関して，火災前線の曲率の効果を考慮できるモデルについて検討した．浮力により生じる自然対流が酸素供給速度を変化させることで，曲率の効果が誘起される．この曲率の効果を評価するため，基礎方程式に対して不安定性解析を実施し，火災前線の移動速度（すなわち延焼速度）を記述するモデル方程式を導出した．このモデルを用いれば，局所的な延焼速度（曲率の効果を含まない値であり，小規模実験等のデータから予測できる）をもとに火災前線の移動を高速にシミュレーションできる．
風向風速や森林密度が局所的な延焼速度に及ぼす影響は古くから研究されている．一方，火炎ダイナミクスが局所的な延焼速度に影響を及ぼす影響については不明なことが多い．本研究では，横風と上昇気流の相互作用により形成される渦による火炎形状変化に着目した．この渦により局所的な風速が変化するとともに，火炎形状変化により周囲への熱流束が変化し，結果として延焼速度が変化する．浮力ダイナミクスはスケールの影響を強く受けるので，スケール効果に関して検討した．また，特に強い渦が形成されると火災旋風と呼ばれる現象が発生し，火炎高さが著しく大きくなることで延焼速度を増大させる．実験室規模の風洞実験および野外実験のデータを解析し，火災旋風が発生する条件および火災旋風発生時の燃焼速度変化に関する知見を得た．また，火災旋風現象に関して，渦崩壊が生じて火炎形状が変化する場合があることがわかった．渦崩壊は，上昇気流速度に対して回転速度が大きくなると発生する現象である．
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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
実験室規模の風洞実験および野外実験のデータを解析しながらモデル構築を進めており，進捗状況はおおむね順調である．
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| Strategy for Future Research Activity |
実験室規模の風洞実験および野外実験のデータ解析を実施し，延焼シミュレーションモデルの構築を進める．地形の影響を考慮できるようなモデルについても検討する．火災旋風現象に関して，渦崩壊により火炎形状が変化する場合があることがわかったので，これが起こる条件や，火炎形状変化の詳細についても検討する．
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| Causes of Carryover |
2021年度までの検討により，火炎ダイナミクスのスケール効果を考慮できるモデルの構築が不可欠であることが明らかになった．これを実現するために必要な研究分担者および共同研究者との詳細な打ち合わせが，新型コロナウイルス感染症の影響で一部困難であった．このことにより次年度使用額が生じた．
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