FLASH-CATモデル

概要

FRI3Dは、適用可能な場合、水平ケーブルトレイ上の火炎伝播（Flame Spread over Horizontal Cable Trays：FLASH-CAT）法を使用して、ケーブルを介した二次燃焼と延焼を評価します。FLASH-CATは、米国国立標準技術研究所（NIST）が実施した管理された火災実験から導かれた経験的手法です。

適用条件

この経験的手法がNIST実験に近い結果を与えるためには、次の条件を満たす必要があります。

• ケーブルトレイが水平で、0.45 m（18 in.）未満の間隔で垂直方向に積層されていること
• ケーブルが開放空間で燃焼すること（すなわち、壁から離れており、天井から十分に低い位置にあること）
• ケーブルが、下方の着火源を除き、高温源にさらされていないこと
• トレイ間を隔てるバリアがなく、トレイの上面と下面が開放されていること
• ケーブルが塗料（コーティング）、装甲シールド、断熱ブランケット等で一切保護されていないこと
• 最下段のトレイの下に火源が存在すること
• 各トレイに少なくとも1列分のケーブル、すなわちNRC制限値のおよそ25%が収容されていること

FRI3Dのモデル作成者は、これらの制限に従って二次可燃物をモデル化することが求められます。たとえば、1つのトレイの下に複数の火源がある場合、二次燃焼シミュレーションの結果は正確ではなくなり、また、ケーブルトレイ（レースウェイ）が壁や天井に比較的近い場合も現実的な結果は得られません。

延焼と熱放出

火災は、NIST実験で観察された特徴的なV字型の燃焼パターンでトレイ積層内を延焼します。火災はまず火源の直上のトレイに着火し、その上の各トレイは、火災がトレイに沿って上方および外側へ伝播するにつれて、順次より広い範囲にわたって着火します。

FLASH-CAT法は、ケーブルを複数の空間セグメントに分割します。火災があるセグメントまで伝播すると、そのケーブルセグメントが燃焼します。燃焼時、そのセグメントの単位面積あたり熱放出率（HRRPUA）は、火災の成長と減衰のダイナミクスを反映して、下図に示す時間プロファイルに従います。HRRは $t_{ign,i}\left(x\right)$ から増加を始め、$\Delta t$ の6分の1後にピークHRRPUAに達し、$\frac{5\Delta t}{6}$ まで一定に保たれた後、線形にゼロまで減少します。

FLASH-CAT Time History

各レースウェイグリッドにおける局所HRRPUAの時間履歴。

各レースウェイグリッドのHRRPUAプロファイルが計算された後、すべてのレースウェイの局所HRRPUAプロファイルを合計することにより、二次可燃物の総HRRが計算されます。

$$\dot{Q}\left(t\right)={\dot{Q}}_{fire}+W\sum_{i=1}^{N_{trays}}\left[\int_{x_0}^{x_j}{\dot{q}"\left(t-t_{ign,i}\left(x\right)\right)dx\ }\right]$$

ここで、$\dot{Q}\left(t\right)$ は二次可燃物の総HRR、${\dot{Q}}_{fire}$ は初期火災のHRR、W はレースウェイの幅、${\dot{q}}''$ は局所HRRPUA、t は離散的な観測時刻です。二次可燃物のHRRプロファイルが得られた後、FRI3Dはそれを初期火災のHRRに加算し、火災シミュレーションを再実行します。このループは、再実行のたびにさらに別のレースウェイが着火し得るため、追加の二次可燃物が見つからなくなるまで継続されます。

FRI3DでのFLASH-CATの使用方法

FLASH-CAT手法を使用するには、下のスクリーンショットに示すように、火源の上方の十分に近い距離にレースウェイを配置し、二次可燃物となるケーブルをレースウェイ内に追加します。

なお、FLASH-CAT手法における水平方向の延焼速度は比較的遅く（毎時1〜3メートル程度）、ケーブルレースウェイは一般に長いため、レースウェイ全長にわたる二次火災の完全なHRRプロファイルを推定するには数時間のシミュレーション時間が必要になる場合があります。これを踏まえ、解析対象のレースウェイ長を制限することを検討してください。

次のステップ

• CFASTシミュレーションおよびFDS出力 — 合成されたHRRを入力として、ケーブルおよび機器の故障を左右する温度を算出する火災シミュレーション。
• ヒートソークおよびTHIEF — シミュレーションで得られた熱曝露に対して適用されるケーブル故障計算。