2010 Fiscal Year Annual Research Report

ウォーターミストによる火災とガス爆発の防止に関する研究

Research Project

Project/Area Number	22310104
Research Institution	Tokyo Denki University
Principal Investigator	吉田亮東京電機大学, 工学部, 教授 (40105680)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西岡牧人筑波大学, システム情報工学研究科, 教授 (70208148) 小谷良信東京電機大学, 工学部, 講師 (10266877) 小林佳弘東京電機大学, 工学部, 助教 (00550576)
Keywords	火災 / 消防 / 熱工学 / 防災 / ウォーターミスト / 対向流拡散火炎 / 火炎伸長率 / 消炎
Research Abstract	ウォーターミストにより火災を消火する場合、ウォーターミストの特性および空気への添加量によってその消火性能が影響を受ける。そのため二流体噴射弁および超音波振動子を用いで、ウォーターミストの特性および発生量を変化させることのできるミスト発生装置を試作し、ミストの特性をPDPAにより測定した。その結果、二流体噴射弁を用いた場合、ザウター平均粒径で25μmから30μm、分布幅1μmから60μmのほぼ正規分布を持つウォーターミストを最大で100ml/min供給できることが明らかとなった。一方、超音波振動子を用いた場合、粒径分布形状は、分布幅1μmから40μmのほぼロージン・ラムラー型となり、ザウター平均粒径は15μmから20μmで、ミスト流量は最大で50ml/minであった。これらのウォーターミストをメタン-空気対向流拡散火炎に適用し、消炎限界を測定した結果、ミスト添加量を増加するにしたがって消炎限界火炎伸長率が減少し、火炎温度も低下することが明らかとなった。しかし、消炎時の火炎温度はミスト添加量によらずほぼ一定で、ある限界温度で化学反応が停止することを示唆している。また、火炎帯を通過する際のウォーターミストの挙動を調べた結果、ミストの火炎帯内における滞留時間と蒸発による消滅時間の関係で、ある限界粒径以上のミストは火炎帯内で蒸発することができず、その蒸発潜熱を消炎に利用できないことが明らかになった。したがって、消炎にはミストの最適粒径が存在し、その値は火炎伸長率に依存する。さらに、粒径の大きなミストは流れとの間にすべりが生じ、その程度はストークス数によって支配される。一方、数値計算ではミストの運動をラグランジュ系で、またガス運動をオイラー系でモデル化し、これらを結合することにより、対向流場における単一粒径のウォーターミストの挙動を解析した。その結果、大きな粒径のミストは火炎帯を貫通し、振動的な運動をすることが明らかとなったが、この現象は未だ実験的には観察されていない。