船舶火災時における煙拡散の状態解析に関する研究

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広大なアトリエムをもつ客船の出現や長大な単一空間をもつ大型フェリ-の増加など船舶の形態が変化し、さらに安全に対する関心の高まりのため、今まで以上に、船舶において火災が起きた場合の火災現象と煙拡散状態を把握する必要性が増している。火災時の煙の流動を解析するたには、温度差による浮力の影響を考慮した運動方程式と熱および煙の拡散方程式を同時に解く必要がある。本研究では、今後船舶において問題となる、アトリウム構造や居住区画を対象に、これらの状態方程式を確立し、これらより煙拡散の状態解析を行った。この解析においては、気相界面の移動現象、気体の圧縮性と非圧縮性の混在、温度および濃度変化に対する拡散係数の変化等の問題が含まれ、完全な形の状態方程式を導くことは極めて困難である。このため、界面での不連続性についは熱およびガス拡散係数に温度勾配による浮力の影響を考慮することにより表現し、圧縮性の燃焼プル-ムについてはプル-ム軸に2次的な発煙源および発熱源を配置するなどのモデル化のより対処し、煙と空気の2層モデルとしてでなく煙拡散の単層モデルとして扱い、しかも層界面を煙濃度勾配の急変化部より捉える方法をとった。また、解析法の妥当性を確めるために、アクリル板で造ったアトリウムのある3層甲板を模した擬似2次モデルにおける、着色塩水と淡水の流動状態より煙の拡散状態を定性的に調べた。さらに、煙流動の解析のためには、火災拡大の状態と発煙量の時間的変化を把握する必要があるが、客室の居住区を対象に火災伝播の計算を行った別の研究結果をもとに、発煙量の推定を行った。これにより、火災室では火災初期に多量の煙が発生し、火災最盛期では殆ど煙の発生は無く、壁からの伝熱によるくん焼状態が続く隣室ではさらに多くの発煙があることが明らかになった。