移動型火災施風の挙動に地表粗度とその配置が与える影響

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650504
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 池田 裕一 宇都宮大学, 工学研究科, 助教授 (20202898)
• Keywords: 火災 / 火災旋風 / 渦 / プルーム / ポテンシャル流れ / 境界要素法 / 数値シュミレーション

Research Abstract

「移動型火災旋風」は、火災による上昇流と一般風との相互作用によって生じるもので、火災旋風といわれる現象の中でも複雑かつその影響が広範囲に及ぶことから、その挙動の解明は非常に重要である。本研究では、特に地表粗度が移動型火災旋風の発生形態および強さ・大きさがどのように変化するか、室内実験および簡易シミュレーションで明らかにすることを目的としている。
室内実験においては、水路の流れ(一般風に相応する)の中に水路の床面から噴流(火災による上昇流を模した)を放出した。噴流の放出口の形状は、火災旋風が起きやすいといわれる「コ」の字型とした(右側が上流)。火災旋風の発生形態は、密度差がない場合は2つのパラメータで決まる。一般風と上昇流の流速の比と、一般風の境界層厚さと上昇流領域の幅の比である。一般風が上昇流に比べて遅ければ、火災旋風のような流れは生じない。一般風の風速が大きくなると、上昇流領域の背後に固定された渦領域が見られるようになる。一般風の風速が大きくなると、上昇流領域の背後から渦が交互左右に放出されるようになる。
このような流れの特徴を簡易なモデルで再現できるか検討してみた。モデルにはポテンシャル流れを適用し、数値解法には境界要素法を用いた。すなわち、底面上の上昇流領域には湧き出しを、底面上のその他の領域には渦度ベクトルを分布させ、一般風を考慮した上で境界条件を満たすように、底面上の湧き出しと渦度ベクトルの分布を求めるようにした。一般風と上昇流の流速の比を変化させることで、室内実験で見られたほどではないが、流線のパターンが変化する傾向を再現することができた。