高速粉塵爆発シミュレーションを実現するハイブリッド型基本解合成法の開発
| Project/Area Number |
21H04593
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 25:Social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢崎 成俊 明治大学, 理工学部, 専任教授 (00323874)
KIM WOOKYUNG 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (40781852)
茂木 俊夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50392668)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
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| Keywords | 粉塵爆発 |
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| Outline of Research at the Start |
可燃性粉体を取り扱うプロセスには粉塵爆発の危険がある．粉塵爆発事故を未然に防止するためには想定される事故のリスクを適切に評価することが重要であり，粉塵爆発現象の数値シミュレーションを活用することにより，リスク評価の精度向上が期待される．しかし，粉塵爆発は本質的に不均一な現象でモデルが複雑になるため，実プロセスの粉塵爆発シミュレーションは容易ではない．本研究では最近提案された粉塵爆発シミュレーションモデルの課題を克服し，さらに進化させることで，粉体プロセスの粉塵爆発リスク評価に実用できるシミュレーションモデルの確立を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は，次の3つのタスクを実施した．タスク１：数値モデル構築および粉塵爆発シミュレーション実施，タスク２：可燃性固体の反応サブモデルの検討，タスク３：モデル検証のための実験実施．それぞれのタスクについて，以下に記す．
【タスク１（数値モデル構築および粉塵爆発シミュレーション実施）】基本解合成法および連続体モデルの両方を用いて数値シミュレーションを実施した．基本解合成法においては，一様な進行波に対して超高速にシミュレーションできる数値解法を考案した．また，2021年度より条件を広げて，爆発下限濃度および燃焼速度の数値予測を行った．連続体モデルにおいては，温度および速度が気相・粉体間で非平衡になることの影響について評価を行った．
【タスク２（可燃性固体の反応サブモデルの検討）】タスク１での検討によると，単一粒子の燃焼特性時間と気相の熱伝導特性時間の比が重要な無次元パラメータである．この値について2021年度より範囲を広げて検討を行った．また，セルロース系固体に対して，表面燃焼が生じる条件と有炎燃焼が生じる条件について検討を行った．さらに，表面反応の消炎条件についても検討した．
【モデル検証のための実験実施】爆発筒の中に粉体を噴き上げ，着火する燃焼波伝播実験を実施した．現象に及ぼす重力の影響を検証するため，通常重力環境の実験に加えて，微小重力環境での実験も実施した．燃焼速度を取得するとともに，粒子の運動についても詳細に解析した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
数値モデル構築および粉塵爆発シミュレーション実施，可燃性固体の反応モデルの構築検討，モデル検証のための実験実施のいずれの項目についても，おおむね計画通りに進行している．
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| Strategy for Future Research Activity |
数値モデル構築および粉塵爆発シミュレーションの実施においては，これまでのような1次元的な（1方向への）燃焼波伝播だけではなく，着火点から球状に伝播する条件についても検討を実施する．これにより最小着火エネルギーを理論予測できるようになると期待される．可燃性固体の反応モデルの検討においては，これまでの研究であまり検討されてこなかった消炎条件に関する検討も行う．これに関する燃焼実験も新たに実施する．粉塵爆発実験においては，引き続き通常重力および微小重力環境での実験および結果の解析を実施する．理論予測の結果と矛盾が無いか確認し，モデル検証へとつなげる．
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Report
(3 results)
Research Products
(23 results)
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[Presentation] Flame propagation of aluminum-air mixtures in microgravity environment2022
Author(s)
R. Saeki, Y. Ueno, R. Dobashi, T. Endo, K. Kuwana, T. Mogi, M. Lee, S. Yazaki, M. Mikami, Y. Nakamura, W. Kim
Organizer
13th Asian Microgravity Symposium
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