火災流体力学特論

Fluid Dynamics on Fire and Combstion

997G308

77ENENE501

松山　賢

Ken Matsuyama

2024年度後期

2024 Second Semester

木曜7限

Thursday 7th. Period

創域理工学研究科　国際火災科学専攻

Department of Global Fire Science and Technology, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

熱流体力学問題を支配する質量，運動量，エネルギー保存則に対する理解を深め，移流・拡散現象の数学モデルの基礎を理解する。さらには，熱流体力学問題を解くための手順，数値計算法の基礎に関する習得を目指す。

To deepen the knowledge against the mass, momentum, energy conservation law that dominate Thermal Fluid Dynamics Problem and to comprehend the foundation of the mathematical model of advection diffusion. In addition, to aim to obtain procedures for solving the Thermal Fluid Dynamics Problem and knowledge on the foundation of numerical calculation methods.

当該分野に関する専門知識を習得すると共に，論理的な思考能力を養うことを目的とする。本専攻のディプロマ・ポリシーに定める研究能力を身につける科目です。
また，コンピューターベースの火災シミュレーションモデル（フィールドモデル）に関する基礎知識の習得，ならびにそのアルゴリズムの理解も目的とし，実際の汎用モデルに触れることで，実用レベルでの使用が可能となる。

It aims to acquire specialized knowledge in the relevant academic fields and to cultivate the ability of logical thinking. This course is designed to provide students with research ability as stipulated in the diploma policy of the Department. 　
The purpose of this course is to acquire the basic knowledge on a computer-based Fire Simulation Model (Field Model) and to understand its algorithm. By touching an actual general-purpose model, it can be used at practical level.

火災分野におけるシミュレーションで重要となる熱流体力学のうち，支配方程式である質量，運動量，エネルギー保存則に関して理解を深め，移流・拡散現象の数学モデルの基礎を理解することで，様々な火災現象（火災性状）への応用が可能となることを目標とする。

To become able to apply to various fire phenomena (fire behavior) is aimed by deepening to understand in regard to the governing equation mass, momentum, energy conservation law within the Thermal Fluid Dynamics that is important in simulation in the fire field and by comprehending the basic mathematical model on advection and diffusion.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

特別な要件はないが，偏微分方程式，ベクトル解析，力学等に関する基礎知識を習得していることが望ましい。

No special requirement; however, desirable to have mastered the basic knowledge on Partial Differential Equations, Vector Analysis, Dynamics mechanics, etc.

小テストの実施　Quiz type test

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授業中に配布するプリントおよび小テストを復習すること。　

Reviewing the prints and small tests distributed in class.

授業中の課題・試験(50％)，講義および課題での質問回答内容(50％) を合わせて総合的に評価する。　

It will be evaluated comprehensively by the assignment and tests in class (50%), the contents of Question & Answers in the lecture and assignment (50%).

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

流体力学，数値計算法に関する書籍。下記は，参考までに火災流体に関する書籍である。
[火災流体を扱う書籍]G.H. Yeoh, K.K. Yuen：「Computational Fluid Dynamics in Fire Engineering」，ELSEVIER

Books related to Fluid Dynamics, Numerical Calculation Method. The following is a book on Fire Fluids as reference:
G. H. Yeoh, K. K. Yuen: "Computational Fluid Dynamics in Fire Engineering", ELSEVIER

1. イントロダクション(1)
　　　・火災モデルの種類（ゾーンモデルとフィールドモデル）と概要
　　　・火災シミュレーションモデルの歴史・変遷
2. イントロダクション(2)
　　　・流体力学の基礎
　　　　（完全流体と粘性流体，非圧縮性流れと圧縮性流れ，次元解析，その他流体力学の考え方）
3. モデルの数学的表現(1)
　　　・コントロールボリュームの考え方
　　　・支配方程式（質量保存則）
4. モデルの数学的表現(2)
　　　・支配方程式（運動量保存則）
5. モデルの数学的表現(3)
　　　 ・支配方程式（エネルギー保存則，状態方程式）
6. 数値解法(1)
　　　・支配方程式の離散化
7. 数値解法(2)
　　　・数値計算の安定性
8. 熱伝導方程式
　　　・熱と物質移動現象の数値計算方法の基本
　　　・非定常熱伝導方程式に関する演習
9. 乱流理論(1)
　　　・乱流理論の基礎
　　　・乱流モデルの概要(1)（k-εモデル）
10. 乱流理論(2)
　　　・乱流モデルの概要(2)（LES）
11. 乱流理論(3)
　　　・乱流モデルの概要(3)（RANSおよびDNS）
12. 燃焼理論
　　　・火災性状(燃料-空気の混合，燃焼(乱流拡散火炎)，燃焼生成物)
　　　・火災性状(火災プリューム)
13. CFDモデル(1)
　　　・FDSの概要説明と演習
14. CFDモデル(2)
　　　・FDSによる演習
15. 総括
　　　・第１回から第１４回までの講義内容の習得状況を把握する。
　　　・演習課題の講評

1. Introduction (1)
　　　・Type of Fire Model (Zone Model and Field Model) and outline
　　　・History and transition of Fire Simulation Model
2. Introduction (2)
　　　・Fundamentals of Fluid Dynamics
　　　　（Complete Fluid and Viscous Fluid, Incompressible Flow and Compressible Flow,
Dimensional Analysis, other concept of Fluid Dynamics)
3. Mathematical Expression of the Models (1)
　　　・Concept of control volume
　　　・Governing equations（mass conservation law）
4. Mathematical Expression of the Models (2)
　　　・Governing equations（momentum conservation law）
5. Mathematical Expression of the Models (3)
　　　 ・Governing equations （energy conservation law, state equation）
6. Numerical Solution Method (1)
　　　・Discretization of governing equations
7. Numerical Solution Method (2)
　　　・Stability of numerical calculation
8. Thermal Conduction Equation
　　　・Fundamental numerical calculation method of heat and mass transfer phenomena
　　　・Exercise on unsteady heat conduction equations
9. Turbulence Theory (1)
　　　・Fundamental turbulence theory
　　　・Overview of turbulence model (1)（k-εmodel）
10. Turbulence Theory (2)
　　　・Overview of turbulence model (2)（LES）
11. Turbulence Theory (3)
　　　・Overview of turbulence model (3)（RANS and DNS）
12. Combustion Theory
　　　・Fire characteristic (fuel-air mixture, combustion (turbulent diffusion flame),
combustion products)
・Fire characteristic (fire plume)
13. CFD Model (1)
　　　・Outline description and exercise of FDS
14. CFD Model (2)
　　　・Exercise by FDS
15. Overall
　　　・Understand acquisition status of lecture contents from 1st to 14th
　　　・Review and comment for assignment

火災安全工学に関する研究の経験を活かし，火災流体力学について講義する。
Lectures will be given on fluid dynamics related to fire and combustion based on the experience of research on fire safety science and technology.

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