2017 Fiscal Year Annual Research Report
Modeling of Combustion over Melting/dripping Molten Polymer
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17H02051
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
中村 祐二 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50303657)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松岡 常吉 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90633040)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 火災 / 燃焼 / 熱可塑性高分子 / 溶融 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は変形しながら燃焼する熱可塑性高分子（ポリマー）の燃焼過程を精度よく予測するための数値モデルの開発を目指し，その検証データ取得のための実験システムの開発ならびに数値モデルの改良を行うものである．
溶融しながら燃焼する状態における溶融界面の変動を時系列で計測可能な手法としてバックライトＣＴ法の原理を応用した手法を導入し，その概念設計，試作，検証を実施した．垂直にたてられたロッド状の高分子の周りにカメラと光源が半周する計測システムを導入して外形の時系列変化を取得可能であることを確認した．計測誤差に関する検討も実施した結果，数％の誤差範囲で外形取得が可能であることを示した．誤差を最小限化するための課題抽出を行った．本手法では軸対称性を必要としないため，もともと考えていた軸対称性の強い計測対象ではなく，自然と軸対称性が崩れる燃焼条件を対象とできることが利点である．
溶融して燃焼するポリマー上に形成される温度場について微細な熱電対を導入して解明し，消炎限界に至るまで火炎から固体に対してどの程度の熱流入がどのあたりで起きているのかを明確にした．ホログラフィ干渉計を利用した固体内部温度の計測と合わせて燃焼時の熱輸送場の推定可能となった．
数値計算では複数のガス化モデルを試しているが，いずれも数値的に不安定で発散しがちである．ガス化面が曲率を持ち始めるとその傾向が顕著であることを確認した．ガス化速度を与える関係式としてアレニウス型の温度依存性に基づく不安定性が増強される可能性があることが指摘された．
継続的な論文サーベイにより，ガス化を単純化する際に必要なモデル定数を既存研究で得られない可能性が指摘された．このことは自前で用意しなければならないことを示唆する．
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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
実験においては順調に進展しており，ところによっては期待以上の成果を得るに至っている．特にバックライトＣＴの原理を用いた時系列での外形取得法の確立は本年度の最大の成果でもあり，現在，論文執筆を行っている．改善の余地が認められた分については次年度に対応することとする．燃焼場の温度計測についても同様であり，次年度には研究論文として報告できるよう現在準備しているところである．
一方，数値モデルの確立には予想通り手間取っており，限られた条件では収束解が得られるものの，全ての条件において安定した数値解法を導入できていない．発散しがちなときは曲率を持つガス化面が存在するときであり，そこに対する工夫を導入することが目下の課題である．また，複数のモデル化を試みる予定であるが，モデルに依存したモデル定数の決定が必要であり，それを得るための新しいシリーズの実験を導入する必要性が確認されたため，今後は実施課題を拡張してこれに対応してゆく予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
溶融しながら燃焼する状態における溶融界面の変動を時系列で計測可能な手法として開発したバックライトＣＴ法の原理を応用した可視化手法において，計測誤差を最小化するための課題に対応してゆく（屈折を考慮した補正を導入．カメラの解像度の改善など）．この手法の検証に向けて，燃焼中の重量減少を高精度に計測するシステムを新規開発する．
数値計算では安定性と精度を兼ね備えたガス化モデルの開発を引き続き実施する，アレニウス型の温度依存性を持つことで不安定化する要因を避けるため，今後はより低次元のモデルを用いることも考える．ただし，このような低次元モデルにおいては，いわゆるモデルに依存した（バルクの）定数を実験的決定する必要があり，それを得るための新しいシリーズの実験を導入することになる．新規計画にはその実験シリーズを加えて進めていく予定である．
もともと解析をメインタスクとしていたポストドクターが次年度から別組織に就職内定をしたため，次年度以降は当初計画から人件費（雇用費）を抑えつつ，学生アルバイトにそのタスクの一部を移して対応したい．
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Research Products
(2 results)
