| 研究課題/領域番号 |
22K04617
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分25020:安全工学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
渡邉 憲道 信州大学, 繊維学部, 特任准教授 (30356175)
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| 研究分担者 |
若月 薫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60408755)
上矢 恭子 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (10803356)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 焚火 / 火の粉 / 捕集 / ろ布 / 通気性 / プリューム / 火傷 / 火災 / 通気度 / 空隙率 / 熱気流 / 火傷防止 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
焚火の火の粉は、大きく分けて上昇気流に依存、上昇気流と風に依存、上昇気流と風に独立して飛散する特徴をもつ。これらの挙動に対して、落下後も大きな熱エネルギーを有する火の粉との接触が火傷を引き起こす。しかし、熱エネルギーの大きい火の粉の発生及び飛散の機序に基づいた火傷防止の明確な対策はこれまでに見出せていない。
本研究では、焚火上方に飛散した火の粉に起因した火傷の防止に着目し、焚火上方に配置したろ布に焚火による上昇気流を衝突させることによって、上昇気流を利用して自律した火の粉の捕集に必要な技術・方法を明確にする。これにより、キャンプにおいて安全・安心な焚火を行うための新たな知見を得ることができる。
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| 研究実績の概要 |
焚火の火の粉は、大きく分けて上昇気流に依存、上昇気流と風に依存、上昇気流と風に独立して飛散する特徴をもつ。これらの挙動に対して、落下後も大きな熱エネルギーを有する火の粉と人との接触は火傷を引き起こす。これまでに、これらの火の粉の発生及び飛散の機序に基づいた火傷防止の明確な対策は見出せていない。
本研究では、焚火上方に飛散した火の粉に起因した火傷の防止に着目し、焚火上方に配置したろ布に焚火による上昇気流を衝突させることによって、上昇気流を利用した火の粉の自律的な捕集に必要な技術・方法の確立を目的としている。2023年度は前年度に引き続き、火の粉の自律的な捕集に必要な主因子と考えられるろ布の通気性に着目して実験を行った。
これまでに、ろ布に衝突したプリュームは、ろ布を通過する垂直方向及びろ布下面に沿った水平方向の流れに分岐し、火の粉はこれらの流れの中で移動し、捕集されることを明らかにした。火の粉は、主にろ布の通過する時のおけるさえぎり効果によって捕集される。このさえぎり効果を高めるには、ろ布に衝突した後にろ布を垂直方向に通過するプリュームの質量流量とろ布の通気性との関係を明確にする必要がある。そこで、ろ布を設置しない場合とろ布を設置した場合とのプリュームの質量流量比とろ布の通気性との関係を実験的に調べた。実験の結果から、ろ布の中心付近で通過したプリュームの質量流量比は、ろ布の通気性の増加とともに大きくなることを明らかにした。したがって、効果的に火の粉をさえぎるには、ろ布の中心付近における通気性を大きくする必要があると考える。また、ろ布の通気性を大きくしすぎると、ろ布でさえぎられずに通過する火の粉が生じてしまう。そのため、通気性を決定する際には、ろ布の最大空隙径を火の粉の粒径以下にする必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2023年度に予定していた３つの課題の１）ろ布に衝突した上昇気流の性状に関する解析、２）捕集効率へのろ布繊維径・繊維間距離の影響に関する解析、３）効果的な捕集における圧力損失の解明を計画とおりに進めている。
ろ布の布繊維径、繊維間距離及び圧力損失は通気性に基づくパラメータと考え、この通気性とろ布を中心軸付近で通過するプリュームの質量流量との関係を調べた。この結果から、火の粉の効果的な捕集に必要な通気性の範囲を明らかにすることができたため、その進捗は概ね順調であると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度は計画書のとおり、効果的な捕集におけるろ布の圧力損失に関する解析を実験的及び数値解析的に行う。加えて、2023年度に実施した１）ろ布に衝突した上昇気流の性状に関する解析、２）捕集効率へのろ布繊維径・繊維間距離の影響に関する解析を継続して行い、効果的な捕集を目的としたろ布の要求性能を定量的に明らかにする。また、火の粉の捕集に関する技術及び方法を確立する。
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