2021 Fiscal Year Annual Research Report

多孔板への噴流衝突を利用した高圧水素設備の安全性向上技術の評価

Research Project

Project/Area Number	20H02396
Research Institution	Gifu University
Principal Investigator	朝原誠岐阜大学, 工学部, 助教 (40633045)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	平原裕行埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20201733) 姜東赫埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40610366) 宮坂武志岐阜大学, 工学部, 教授 (60303666)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	高圧水素 / 水素漏えい / 噴流 / 多孔板 / PIV / ジェット火炎 / 浮き上がり火炎
Outline of Annual Research Achievements	(1) 孔径と開孔率が噴流遮蔽率に及ぼす影響を調査した結果、開孔率一定条件下では、孔径の小さい場合において孔径の大きさに関わらずほぼ一定の噴流遮蔽率を示し、同孔径条件下では、開孔率により噴流遮蔽率が変化した。したがって、多孔板によって遮蔽される噴流は、開孔率で整理することできることが明らかとなった。ただし、孔径が大きい場合に、噴流遮蔽率が小さい傾向を示した。これは噴流半径方向における運動量分布と孔の関係に因るものと考えられる。開孔率から噴流遮蔽率を予測するためには、噴流幅に対し、孔径が十分に小さい必要があると予想される。予測式の適用条件となる孔径と噴流幅の関係は今後の研究において明確にしたい。 (2) 等価運動量の空気噴流とヘリウム噴流の速度分布を比較した結果、ヘリウム噴流は噴流物理軸が曲線を描いて上向きになる傾向が確認された。また、多孔壁に衝突する空気噴流では、衝突後に上下対象の速度分布となる。一方、ヘリウム噴流では、上方へ偏向した流れが顕著となった。以上の実験結果は数値シミュレーション結果と一致し、空気よりも低密度のヘリウムでは浮力の影響により多孔壁衝突後の流れが特徴づけられることが確認された。水素噴流の場合にも同様の傾向を示すと考えられる。多孔壁を通過した噴流は多孔壁からの群噴射に置き換えて現象を単純化できる。多孔壁による噴流遮蔽により、群噴流の総運動量は漏えい時の運動量よりも低下しているため、噴流は遠方まで到達できない。そのため、ヘリウム噴流の場合には、浮力の影響で上方へと拡散する。水素噴流を多孔壁に衝突させた場合にも、水素の遠方到達を防止し、上方への拡散を促す効果が期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究をおおむね計画通りに遂行することができている。
Strategy for Future Research Activity	多孔壁の孔径、開く孔率、板厚をパラメータとする実験データを蓄積し、速度分布予測式を構築する。さらに、速度と濃度の相関性を利用し、水素濃度分布の予測式を提案する。また、数値シミュレーションによるデータ保管により、予測式の妥当性を評価する。水素噴流中での強制着火実験では、形成されるジェット火炎の熱影響領域を測定し、火傷に至るリスク領域の明確化を図り、さらにはリスク領域の実験式を提案する。