Combustion and flame spread physics over multi-layer flammable material in microgravity
| Project/Area Number |
22KF0008
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| Project/Area Number (Other) |
22F21343 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
藤田 修 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10183930)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
WANG QIANG 北海道大学, 工学研究院, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 複合材料 / 着火 / 燃え拡がり / 燃焼物理 / 微小重力 / 火災安全 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙火災の最大の発生要因は電気系統に起因するものである。電気系統では、金属導体と可燃性絶縁材が組み合わされた複合材料がしばしば使用されることから、本研究では複合材料の着火および燃え拡がり特性について、実験的検討を進めた後、その結果にもとづいてその燃焼物理を解明しようとするものである。とくに従来研究で、通常の固体材料は微小重力下で燃焼性が拡大することが知られているが、複合材料においても同様の傾向が現れるか、さらには、その通常重力場との違いを与える要因は何であるかという点に注目して研究を進める。この結果を通して、宇宙火災安全性向上に繋がる基礎的理解を提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
実験で使用される複合材料として回路基板でしばしば使用されるフェノール樹脂と銅箔を結合させたもの、解析の容易さを考慮してPMMAと銅箔を貼り合わせたもの、そして、電線の被覆材の三種類を選定した。また、PMMAに関しては比較実験として銅箔のないものについて実験を行った。フェノール樹脂とPMMAについては燃え拡がり現象の観察、電線に関しては短絡が生じた場合の着火現象を対象として研究を行った。
複合材料の燃え広がり実験については、昨年度確立した実験手法を活用し、試料の厚さおよび幅の影響、試料と周囲壁の間隔の影響、周囲流速影響、酸素濃度影響など、実験の変数を増やし、系統的なデータ取得を行った。さらに、複合材料上を燃え拡がる火炎に現れる非定常燃え拡がり現象についても実験的観察を行い多くの実験結果を得た。例えば、燃え拡がり速度は、一般に試料厚みに反比例するが、複合材料ではその関係性は成り立たず、新たな理論モデル構築が必要となることがわかった。微小重力場では形成される火炎に対する重力影響が本質的な影響を持つことから、噴流火炎に対する重力影響を調べるため、燃料噴流の重力方向に対する角度の違いによる火炎の安定限界の変化についても系統的に取得することに成功した。
複合材料の微小重力場における着火実験については、新たな実験装置を製作したうえで、北海道赤平市にある50m級落下塔を使用した実験に成功した。その結果、着火限界条件は微小重力場の方が通常重力場に比べ拡大するものの、周囲空間のサイズによりその限界条件が大きく変化することがわかった。また、並行して数値解析を進め、計算による着火遅れ時間が実験で得られた傾向を再現できることを確認した。
これらの研究で得られた成果は、国際学術誌(Combustion and Flame)や講演会（航空宇宙学会、日本燃焼学会、等)で公表した。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
