Direction of flame spread over a combustible solid near extinction limit

火焰在接近熄灭极限的可燃固体上蔓延的方向

• 批准号: 20K05001
• 负责人: 松岡 常吉
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05001/
• 关键词: 火災; 燃え拡がり; 不安定性; 固体燃焼; 並行流; パターン形成

紙などの可燃性固体が狭い空間内や微小重力環境で燃焼する際，固体上を燃え拡がる火炎が多数の小さい火炎へと分裂することがある．小さい火炎は視認性が悪く，火災の発生に気付くのが遅れる要因となるため，分裂後の燃え拡がり挙動を明らかにすることは火災安全上重要である．しかし，これまでに火炎の燃え拡がり速度に関する研究はなされているものの，燃え拡がり方向に着目した研究はほとんどない．本研究は，酸化剤流の上流側の固体端部にて着火し火炎が（全体的には）酸化剤流の下流方向に燃え拡がる，いわゆる「並行流燃え拡がり系」を対象として，火炎の進行方向を決める物理の解明を目指すものである．2021年度は主に矩形の固体を試料とする実験とそれに対応する数値シミュレーションを実施し，燃え拡がり挙動を調べた．矩形試料を用いた実験を行うための装置を開発した．この装置は上下2枚の板の間の狭い空間で固体を燃焼させるもので，パラメータとして試料と上下の板との間の隙間高さおよび供給する酸化剤の流速を調整可能である．この装置を用いて実験を行い，酸化剤流速が小さい場合には火炎の分裂（または縮小）が起こり，さらに隙間高さに応じて2種類の挙動が現れることを確認した．1つ目は多数の小さい火炎に分裂し，それらが不規則に動きながら燃焼が進行する挙動，2つ目は比較的大きな1個程度の火炎が主流に対して垂直な方向に（伸縮するように）動く挙動である．この実験の結果と円形試料を用いた実験で観察された結果との対応関係について今後詳細に調べる予定である．矩形固体の燃え拡がりに関する数値シミュレーションを実施し，定性的には実験的に観察された挙動と似た結果が得られることを確認した．また，シミュレーションの結果より，火炎が主流に対して垂直方向に移動するという挙動にそれと対向する方向からの拡散による酸素供給が関わっている可能性があることが分かった．

当纸张等易燃固体在狭窄空间或微重力环境中燃烧时，在固体上蔓延的火焰可能会分裂成许多小火焰。由于小火焰很难被看见，并且会导致人们延迟注意到火灾的发生，因此澄清火焰破碎后的蔓延行为对于消防安全非常重要。然而，虽然对火焰蔓延速度进行了研究，但几乎没有针对火焰蔓延方向的研究。这项研究的重点是所谓的“平行流传播系统”，其中点火发生在氧化剂流上游侧的固体端，并且火焰在氧化剂流的下游方向传播（整体）。阐明决定行进方向的物理原理。 2021年，我们主要使用矩形固体样品进行了实验并进行了相应的数值模拟，以研究火焰蔓延行为。我们开发了一种使用矩形样品进行实验的设备。该装置在上下两块板之间的狭窄空间内燃烧固体，并且可以调节样品与上下板之间的间隙高度以及供应的氧化剂的流量等参数。使用该装置，我们进行了实验，并确认当氧化剂流量较低时会发生火焰分裂（或收缩），并且根据间隙高度会出现两种类型的行为。第一个是火焰分裂成许多小火焰，燃烧过程中它们不规则地移动。第二个是一个相对较大的火焰垂直于主流移动（如膨胀和收缩）是一种移动行为。我们计划详细研究该实验结果与使用圆形样本的实验中观察到的结果之间的对应关系。我们对长方体中的火焰传播进行了数值模拟，并证实结果与实验观察到的行为在质量上相似。此外，模拟结果表明，火焰垂直于主流移动的行为可能与从相反方向扩散供氧有关。

项目成果

並行流中における薄い固体の燃え拡がりの限界挙動

平行流中稀薄固体火焰蔓延的临界行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 山田隆行;姫野哲人;Shinya Miyajima;H. Sano;深澤 正彰;Yohsuke Murase;出原浩史;Shinya Miyajima;MASAAKI FUKASAWA;Yohsuke Murase;H. Sano;西牟田響子，松岡 常吉，桑名一徳，出原浩史，中村祐二
• 通讯作者: 西牟田響子，松岡 常吉，桑名一徳，出原浩史，中村祐二

Opposed flame spread over folded PMMA plate with various internal angles

• DOI: 10.1016/j.proci.2022.07.153
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Proceedings of the Combustion Institute
• 影响因子: 3.4
• 作者: T. Matsuoka;Y. Chiba;Shinnosuke Okuno;H. Torikai;S. Bhattacharjee;T. Yamazaki;Yuji Nakamura

Flame spread over a paper disk (play backwards)

火焰在纸盘上蔓延（向后播放）

Flame spread over a paper disk

火焰在纸盘上蔓延

固体燃焼におけるパターン形成現象とその応用

固体燃烧中的图案形成现象及其应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Ishii;N.;Ohba;M.;松岡常吉
• 通讯作者: 松岡常吉