金属導体が内在する固体材料上の火炎燃え拡がり現象と消炎現象に関する研究

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令和２年度の研究では，令和元年度の研究成果を基に燃え拡がりモデルを見直した．電線被覆上の燃え拡がり現象を再現するために，心線と被覆について軸対象一次元エネルギー保存式を構築して燃え拡がり速度の数値解を算出した．解析の結果，ある一つの雰囲気条件に対して燃え拡がり速度の実数解が２つ存在し得ることを明らかにし，大きな解が安定解で，小さな解が不安定解であることを証明した．２つ解が存在する条件から酸素濃度を下げてゆくと，安定解と不安定解が接近してゆき最終的に２つの解が一致し分岐点が現れる．その条件からさらに酸素濃度を下げると，燃え拡がり速度の実数解が存在し得なくなることを示した．すなわち，電線被覆上を燃え拡がる火炎の消炎限界条件をfold bifurcationに基づき議論可能であることを明らかにした．酸素濃度を固定して，周囲流速を極端に低下させた場合と極端に上昇させた場合にも，燃え拡がり速度の数値解に分岐点が現れることが明らかになった．このことから，燃え拡がり速度の実数解の存在可否を判定することで，輻射消炎や吹き消え消炎に至る周囲環境条件の推定が可能になった．また，心線や被覆材料の物性値が変わった際に，実数解が存在し得なくなる条件をダムケラー数や熱損失パラメータで整理することで，材料の違いによる難燃特性を評価できることを示した．さらに，周囲流速と限界酸素濃度の関係について実験値と理論の推定結果を比較して，理論が実験結果を定性的にも定量的にもよく再現していることを確認してモデルの妥当性を示した．本研究では電線被覆材料の限界酸素濃度を予測する一つの方法論を確立することができた．以上のことから本研究では研究開始当初に設定した研究目標を達成できたと考えられる．