Direction of flame spread over a combustible solid near extinction limit

点击翻译按钮获取中文摘要

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．