Development of Engineering Estimation Model on the Critical Condition for Ignition of Flowing Premixed Flammable Mixture by Heated Surface based on Academic Investigation
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21H01576
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | Suwa University of Science |
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Principal Investigator |
今村 友彦 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 教授 (50450664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑名 一徳 東京理科大学, 創域理工学研究科国際火災科学専攻, 教授 (30447429)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
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| Keywords | 着火 / 予混合気 / 流動 / 予測モデル / 臨界条件 / 可燃性ガス / 加熱壁面 |
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| Outline of Research at the Start |
高温熱線，ホットプレート，たばこなど一定のパワーで加熱される熱面による，流動可燃性混合気の着火現象に注目した研究である。実験，数値シミュレーション，理論解析を駆使して着火時の熱流束や着火時間，着火温度を求めそのパラメータ依存性を究明し，流動する可燃性予混合気の着火の臨界条件の定量的予測を可能とする学術的モデルの構築をめざす。着火現象の成否を分ける臨界条件の支配パラメータの特定とその影響度の解明を解決すべき学術的課題に掲げた。水素やプロパン等のクリーンエネルギーのリスク管理などの安全工学分野をはじめ，予混合燃焼の広い分野に応用性，発展性の高い研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高温熱線，ホットプレート，たばこなど一定のパワーで加熱される熱面による，流動可燃性予混合気の着火現象に注目し，その臨界条件の定量的予測を可能とする学術的モデルの構築を目指すものである。研究は大きく①着火の成否を分ける臨界の熱流束値を定量予測できるモデルの開発，②着火遅れ時間及び臨界着火温度の定量予測モデルの開発，③多様な流れ場及び加熱面形状の着火問題への拡張，の3つのサブテーマで構成している。2022年度までは主に①に注目し，プロパン／空気予混合気を正方形形状の高温熱面に衝突させる着火実験をメインに，数値シミュレーション及び次元解析，理論解析を織り交ぜた研究を展開した。これにより，着火位置を明らかにするとともに，次元解析によって着火臨界条件を支配する無次元数を導いた。さらに，実験結果からの類推により，熱面から供給されるパワーのうち着火に有効に寄与する割合が存在すると仮定して，自然対流，強制対流の場合を問わず臨界着火熱流束を良好に予測できるモデルを構築した。これらをふまえ，最終年度となる2023年度は主に②及び③について，実験・数値シミュレーション及び理論解析を駆使してその解明に取り組んだ。具体的には，着火源としたセラミックヒーター（25mm四方，厚さ1.75mm）の上部の気相温度を高速測定し，得られた温度データを数理モデルに基づき解析した。その結果，自己相関係数を用いると着火の予兆を事前検知できることを示した。さらに，水素／空気予混合気を対象とした実験も実施し，①のサブテーマで2022年度までに構築した，着火臨界条件の予測モデルがほぼそのまま適用可能であることも明らかにした。このモデルは2023年10月に開催された国際火災学会（IAFSS2023, つくば）にて口頭発表し，Fire Safety Journal(IF=3.1)に掲載された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
