工学的スケールでの粉塵爆発現象の数値シミュレーション

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04633
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 武藤 昌也 名城大学, 理工学部, 准教授 (30466445)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 粉塵爆発 / 微粉炭 / 流体の数値シミュレーション / Large Eddy Simulation

Outline of Annual Research Achievements

平成31年度（令和元年度）に得られた成果は以下の通りである。
初年度に構築した直方体形状の三次元簡易計算領域における粉塵爆発の数値シミュレーション手法を用いて、実際の石炭の性情を組み込んだ炭塵爆発数値シミュレーション手順の検討と解析を実施した。手法の具体的な内容として、流れ場の非定常性を再現するlarge-eddy simulation（LES）の採用、爆発に伴うガス膨張を考慮する手法の採用，粉塵を質点近似によりLagrange的に追跡する手法の採用、ガス相の化学反応を低計算負荷で行うためのFlamelet/progress-variable（FPV）法の採用、火炎面を正確に補足するためのG方程式法の採用については初年度と同様とした。一方、空間に浮遊分散する粉塵に石炭の化学種組成（豪州産ニューランズ炭の性情を参照）を適用し、微粉炭燃焼の特有の揮発分燃焼と固体燃焼の両燃焼現象を再現するようにシミュレーションコードの改良を実施した。また、簡易計算領域を用いた解析では、微粉炭粒子（炭塵）からの揮発成分の揮発が生じ、揮発分および揮発後の残存固体成分の燃焼が複合的に起こることを確認した。このことにより本シミュレーションコードによって微粉炭燃焼の一連の現象がおおむね妥当に捉えられていると考えられる。現在は簡易計算領域を用いた計算結果について既往の実験計測値との比較検討を行っている。また、並行して本課題の目的としている工学的スケールでの粉塵爆発解析に必要な計算資源の規模、本手法の適用性について検討を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度構築した数値シミュレーションコードにより、本年度は微粉炭の性情を組み込んだ解析を実施し、おおむね妥当な計算結果を得ている。最終年度には本手法により工学的スケールに拡大した計算対象での解析を実施する予定でおり、現状では当初の計画通りおおむね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

初年度に構築された数値シミュレーションコードを用いて微粉炭性情を組み込んだ解析の実施を進めており、引き続き妥当性の検証を実施する。今後、計算規模の拡大を試み、本課題の目的である工学的スケールでのシミュレーションの実施を進める。