建筑防火概论 - - 东京大学大学院工学系研究科 建筑学专攻 .ppt

５．燃焼と火炎性状（２） 火炎 火災時：乱流状態の拡散火炎 燃料気体と酸素の供給方法 予混合火炎 拡散火炎 流れの乱れの有無 乱流炎 層流炎 発熱速度→火炎長さ、温度分布、煙発生量を予測 Thorntonの法則に基づく 単位酸素量が燃焼に消費されたときの発熱量は、通常の環境で扱われる可燃物ならば物質によらずほぼ一定 酸素消費法（酸素消費量から発熱速度を算出）の基礎原理 課題：風の影響 火炎 火炎は「息」をする 連続火炎 常に火炎が存在する領域 間歇火炎 火炎が届いたり届かなかったりする領域 火炎片高さ 火炎の上端の高さの平均 木材の引火点よりやや高温 可燃物への着火の有無を判断する重要な指標 連続火炎高さ 放射熱源の形状を決定する指標 プルーム 火炎片より上方の火炎によって形成された熱気流 燃焼反応はない 火炎 乱流火炎のストロボ映像 火炎 発熱速度 無次元発熱速度：Q* Q*=Q/(ρ?Cp?g1/2?β?T?L15/2) Q：発熱速度（=ρCpgΘUA） ρ：空気の密度 Cp：比熱 g：重力加速度 β：体積膨張係数 ρCpg1/2β=1116（大気圧下） T：雰囲気の絶対温度 L1：火源の絶対長さ（円形：直径、正方形：一辺の長さ） Θ：代表温度 U：代表流速 A：噴出面積 線火源の場合：Ql* Ql*=Ql/(ρ?Cp?g1/2?β?T?L13/2) Ql：単位奥行き長さ当たりの発熱速度 火炎 各種可燃物の代表長さと無次元発熱速度との関係 火炎 火炎長さ Lf=γ?Q*n?L1=γ?Qn?L1/(ρ?Cp?g1/2?β?T?L15/2)n γ：定数 Lf?L1（火炎先端が火源本体から遠く離れる） Lf=γ?Qn?L11-5n/2/(ρ?Cp?g1/2?β?T)n 火炎長さ：Q*2/5またはQ2/5に比例 Lf?L1（火炎先端から火源全体見渡せない、Q*が非常に小） Lf=γ?(Q?L1-2)n?L11-n/2/(ρ?Cp?g1/2?β?T)n Q/B （燃料気体の発生密度） ∝Q?L1-2 火炎長さ：Q*2またはQ2に比例 線火源の場合 Lf=γ’?Ql*m?L2 Ql*大：m=2/3、 Ql*小：m=2 火炎 Q/D5/2と火炎高さとの関係 火炎 温度?流速分布 鉛直方向の温度?流速 火源中心軸上で最大、中心軸から離れると減衰 軸上温度 連続火炎域 ：高さによらずほぼ一定 間歇火炎域 ：高さとともに減衰 火炎プルーム ：高さに対する減衰率がいっそう顕著 軸上流速 連続火炎域 ：高さとともに増加 間歇火炎域 ：高さによらずほぼ一定 火炎プルーム ：高さとともに減衰 火炎 温度?流速分布（点熱源に対して成立） 連続火炎域 流速分布 w(r,z)=α1’?z1/2?W1?(r2/Q2/5) 温度 θ(r,z)=b1’?Θ1?(r2/Q2/5) 間歇火炎域 流速分布 w(r,z)=α2’?Q1/5?W2?(r2/Q2/5?z) 温度 θ(r,z)=b2’?Q2/5?z-1?Θ2?(r2/Q2/5?z) 火炎プルーム 流速分布 w(r,z)=α3’?Q1/3?z-1/3?W3?(r2/z2) 温度 θ(r,z)=b3’?Q2/3?z-5/3?Θ3?(r2/z2) Wi(r,z)、Θi(r,z) ：流速、温度の減衰係数、軸上=1 火炎 火災時の火炎 水平?鉛直両方向に発熱源が分布 仮想点源高さ 実際の火炎性状の予測?モデル化→高さの補正ΔZ ΔZ=1.02-0.08Q*2/5 Q*大（細長い火炎） 床面よりかなり高い部分で燃焼発熱、ΔZ0 Q*小（水平方向に拡がる火炎） ΔZ0 火炎 煙流量（点火源、円形火源の場合） M(z)=∫水平面（流速×密度）=∫0∞2?r?ρ?w(r,z)dr 火炎プルームの煙流量の予測必要性 M(z)=Cm?{(ρ2?g)/(Cp?T)}1/3?Q1/3?z5/3 Cm=0.21 煙流量高さとともに増大（∝z5/3） 発熱速度にはあまり影響されない（∝Q1/3） 火炎 実際の火源 軸対象火源（点火源?円火源）と線火源の間の中間的な形態 無次元発熱量 Q*mod=Q/(ρ?Cp?g1/2?β?T?A?B3/2) A：短辺長さ、B：長辺長さ 正方形火源：Q*mod=Q*、線火源（A/B→0）：Q*mod=Ql* 火炎高さ 縦横比に応じて、正方形火源（Q2/5に比例）と線火源（Q2/3に比例）の中間値 軸上温度、流速 線火源の関係式 ：縦横比3 正方形火源の関係式 ：縦横比3 火炎 火源の縦横比と火炎高さとの関係 火炎 壁面の影響 空気（酸素）の巻き込み障害 →火炎高さ大、火炎の壁側への倒れ込み 室の隅角部での出火 →急激な火災拡大 火炎 壁面の燃え拡がり 未燃焼物（内装表面）への接炎→可燃物を加熱 壁