2020 Fiscal Year Annual Research Report
Self-similarity of flame acceleration in gas explosions
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18K13958
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
KIM WOOKYUNG 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40781852)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ガス爆発 / 火炎伝播加速 / 自己相似 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガス爆発事故の被害を最小限にとどめるためには，事故の発生確率や被害影響度を評価し，的確なリスク対策を実施することが重要である。ガス爆発は火炎伝播を伴う現象であり，火炎が大きくなると，火炎面の乱れが発達し，火炎面積が増大して見た目の火炎伝播速度が高まる。さらに，火炎半径が大きくなると，火炎伝播速度が高まり，ある限界値をもつ自己相似的な領域が存在する。しかし，どのような条件で自己相似的な伝播に至るかについては明らかになっていない。自己相似的な伝播特性を用いることで火炎伝播加速や爆風圧が予測できてガス爆発の被害影響度が評価できるため，本研究では、ガス爆発における火炎伝播加速現象の自己相似的な特徴を解明することが目的である。本研究では、初期圧を上げて流体力学不安定性の影響で顕著にセル状火炎になること、また、当量比が低くなるにつれ拡散・熱的不安定性が顕著に表れること特性を利用し、希薄水素空気混合気の火炎伝播挙動を調べた。その結果、火炎半径と臨界火炎半径を無次元火炎半径にして、希薄水素空気混合気の球状伝播火炎の加速現象の領域を以下の通りにまとめた。① Laminar regime (r/rc < 1)：火炎が安定、火炎伝播速度が一定である。② Self-acceleration regime (r/rc > 1)：火炎の不安定性により火炎面に乱れが発達し、火炎伝播速度が増加する。③ Transition regime (1< r/rc <10) ：流体力学的不安定性による影響が顕著になり、火炎伝播がより加速する。④ Self-similar regime (r/rc > 10)：自己相似的な伝播をする。今回の高圧燃焼器では、r/rc ＝1-15までの範囲での結果であり、水素空気混合気の大規模実験のデータと比較してもフラクタル次元はあまり変化しなかったため、r/rcが10以上では自己相似的な伝播する領域であると考えられる。
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