物質移動が木質部材の火災後の燃え止まり現象へ及ぼす影響に関する研究

传质对木质构件火后燃烧现象的影响研究

• 批准号: 22KJ1844
• 负责人: 孫 安陽
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1844/
• 关键词: 木質構造部材; 燃え止まり; 耐火; 熱物質移動; 数値解析; カラマツ; 熱伝導率; 平衡含水率

今年度は、主に以下の研究を行った。1.加熱を受ける木質部材の火災全過程における熱・物質移動解析モデルの構築：木質部材の火災全過程での燃焼挙動を予測するため、火災時の部材内部の熱移動及び気体、液水の物質移動を考慮した解析モデルを作成した。解析モデルでは炭化層の酸化燃焼、木質部材の熱分解および熱分解により発生した可燃性ガスの燃焼、水分の蒸発および凝縮を考慮した。解析結果と比較するため、既往研究で行われた小型加熱炉によるカラマツ壁の耐火実験での測定結果と比較した。解析モデルでは、実験で測定した温度分布をほぼ再現することができた。2.木質部材の平衡含水率と寸法変化率測定：木質部材の水分の蒸発速度は、部材の平衡含水率との関連が大きい。解析モデルで多種類の木材を分析可能とするため、8種類の木質部材小片試験体の平衡含水率測定実験を行った。試験体を各種湿度に調節された気密ボックスに設置して吸湿と放湿を行い、8種類の木材の吸着等温線を得た。また、木質部材の火災後の再使用を想定し、150℃で加熱された後の試験体の平衡含水率も測定した。その結果、150℃で加熱されると平衡含水率は、約２割低下し、水分保持力が劣化することを示した。平衡含水率の測定と併せて、含水率の変化による寸法変化率も測定した。試験体の寸法変化は含水率に比例し、切線方向、半径方向、軸方向の順で寸法変化率が減少する。3.亀裂を含む炭化層の等価熱伝導率測定：加熱を受ける木質部材は、炭化や乾燥収縮により表面で亀裂が発生する。亀裂の生成により表面からの流入熱流が増加する。この流入熱流の増加を炭化層の等価熱伝導率として表すため、コーンカロリーメーターでカラマツ試験体に炭化層を形成し、各種温度での炭化層の等価熱伝導率の測定を行った。

今年，我们主要开展了以下研究。 1.木质构件受热燃烧全过程传热传质分析模型的构建：为了预测木质构件在整个着火过程中的燃烧行为，我们分析了木质构件在受热过程中构件内部的传热情况。创建了考虑传质的分析模型。分析模型考虑了炭层的氧化燃烧、木材成分的热分解、热分解产生的可燃气体的燃烧以及水的蒸发和冷凝。为了比较分析结果，我们将其与之前研究中使用小型加热炉对落叶松墙进行耐火实验的测量结果进行了比较。分析模型几乎能够再现实验中测量的温度分布。 2、木材构件平衡含水率和尺寸变化率的测量：木材构件中水分蒸发的速率与构件的平衡含水率密切相关。为了能够使用分析模型分析多种类型的木材，进行了实验来测量八种小木材样本的平衡含水量。将测试样品放置在调节到不同湿度水平的密闭箱中吸收和释放水分，并获得八种木材的吸附等温线。此外，假设木材构件在火灾后重新使用，还测量了测试样本在150°C加热后的平衡含水量。结果表明，在150℃加热时，平衡含水率下降约20%，表明保水能力变差。除了测量平衡水分含量外，还测量由于水分含量变化而导致的尺寸变化率。试样的尺寸变化与含水量成正比，尺寸变化率按切线方向、径向、轴向顺序递减。 3、含有裂纹的炭化层等效导热系数的测量：木质件受热时，由于炭化和干燥收缩，表面出现裂纹。裂纹的形成增加了从表面传入的热流。为了将流入热流的增加表示为烧焦层的等效热导率，使用锥形量热计在落叶松样本上形成烧焦层，并在不同温度下测量烧焦层的等效热导率。

项目成果

亀裂を含むカラマツ炭化層の等価熱伝導率のコーンカロリーメーターによる測定

使用锥形量热仪测量含裂纹落叶松碳化层的等效导热系数

• 发表时间: 2023
• 作者: 孫安陽;原田和典;仁井大策
• 通讯作者: 仁井大策

火災加熱を受ける木質部材の熱物質移動解析モデル

受火加热的木构件传热传质分析模型

• 发表时间: 2023
• 作者: 孫安陽;原田和典;仁井大策
• 通讯作者: 仁井大策