2022 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, 准教授 (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 / シャドウグラフ / 運動量欠損
Outline of Annual Research Achievements	噴流の速度低下（運動量欠損）は多孔板への抗力に変換されると考えられる。そこで、多孔板に働く抗力を測定し、開孔率、孔径が噴流の速度低下に与える影響を調査した。開孔率22.7, 40.3, 66.6%、孔径6, 9, 12 mmとし、抗力を測定した。その結果、開孔率22.7%および40.3%では、抗力係数が孔径に依存しなかったが、開孔率66.6%では、孔径が小さいφ6 mmにおいて抗力係数が小さい結果となった。さらに、PIVにより噴流衝突における速度分布を取得した。その結果、開孔率66.6%において、孔径5 mm、6 mmでは多孔板通過後に群噴流のような流れ場が見られたが、孔径9mm、12mmでは放射状に拡散する流れ場が見られた。また、多孔板通過前後における噴流の運動量について、孔径9mm、12mmに対して6mmでは通過後の運動量が大きいことが確認された。運動量欠損が開孔率に近い値となることは予想したが、運動量欠損は噴流の50～60%程度であり、開孔率66.6%よりも7～17%程度小さい値となった。これは、孔側面の抵抗や、噴流軸から半径方向への速度分布と孔位置の関係に因ると考えられる。さらに、最大90MPaの高圧水素噴流ジェット火炎を多孔板へ衝突させる実験を実施し、多孔壁によるジェット火炎の熱影響領域を調査した。その結果、ジェット火炎が孔を通過し、下流側まで到達するものの、多孔板設置によりジェット火炎の熱影響領域を縮小されることが確認された。ジェット火炎の縮小効果は、多孔板設置位置に依存し、リークポイントに近いほど縮小効果が大きい結果を得た。本実験において、噴流のシャドウグラフ法により、リークポイント近傍の乱流ジェット構造を可視化した。さらに、FFT解析により卓越周波数を抽出し、さらに逆FFT解析を行った結果、抽出した周波数成分の挙動を得ることができた。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。