2021 Fiscal Year Annual Research Report
Novel evaluation methodology of burning character of thermoplastic material using low pressure
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20H02397
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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), 准教授 (90633040)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 火災 / 燃焼 / 高分子 / 溶融 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低圧燃焼場における火炎温度および試料温度を計測する実験システムを構築した．PPなどの激しく溶融部が垂れ下がる場合でも安定した燃焼場を達成できるような試料支持部の検討を試行錯誤することで行い，垂れ落ちを小さな壁を作ることで防ぐことが有効であること，そのような状況でもd2則は成立することを示した．火炎温度計測を行うことで，低圧化に伴う燃焼温度の低下がどの圧力値から生じるのかを実験的に明確にし，火炎形状が真球を示しつつ火炎温度が低下しないウィンドウ（最適実験領域）が存在することを明らかにした．この条件範囲で得られた燃焼速度は，過去に報告されているNISTによる微小重力実験の結果とよく合致することを確認した．ただし，試験試料はPMMAのみでの検証に留まる．これは微小重力実験データのうち安定したものがそれだけだからである．そのため，本年度より微小重力実験に取り組むための準備を行った．詳細については次年度実施予定である．
溶融物の形状をCTの技術を応用して得る方法により角部の燃焼進行が時間と共に緩和する現象に対してダムケラー数を用いた考え方で整理されることを示すことができた．もちろん溶融部の変形が燃焼場を準定常的に変化させ得ることを実験的に示すことにも成功しており，本観測手法が熱可塑性ポリマー燃焼機構の解明を支える基幹技術として提供できることを確信している．
数値計算により溶融部の再固化が溶融部「だまり」を作りだし，流動により加熱部から逃げた溶融可燃物の流動を抑制して自発着火を誘発するという，流動ダイナミクスが燃焼現象に与える影響評価に利用可能であることを示した．現状，三次元的な流動現象の解析は難しいものの，溶融による流動が燃焼場の形成および継続に大きく影響を与え得ることを示すことができた．
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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
低圧燃焼場が一次元燃焼場であることを実証するため，ポリマー球の微小重力実験データを得ることが必須である．昨年度，その準備のための装置開発などを行った．現在も装置開発のための検討・試作が継続的に行われている．微小重力実験は赤平市にある落下塔（コスモトーレ）での実施を予定しており，その落下ラックに収まるような装置デザインに変更中である．また，微小重力実験のノウハウについては過去に当該装置での実験を経験した広島大の研究者，岐阜大の研究者にコンタクトをして情報収集などを行っている．予定としては本年末頃には微小重力実験の結果が得られるように引き続き準備を重ねていく予定である
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| Strategy for Future Research Activity |
微小重力実験の結果を比較することで，どこまで低圧法が適用可能かを明示することができる．その後，粉体を燃焼場に放出することで煤による輻射熱損失の影響について検討する実験シリーズを実施する．D2則で得られる燃焼速度（K）から移動数（Ｂ定数）を求めたところ，一般に知られる値よりも大きくなった．このことは，試料の「見かけ密度」が気泡を伴うことで低くなっている可能性がある．そのため燃焼場中の溶融部内の気泡の発生あるいは成長について燃焼中に計測し，ボイド率，気泡サイズなどについて整理したい．ただし１年でこのことを実現するｋとおは難しいため，新しく得られた課題と位置付け，次の化学研究費補助金プロジェクトにして継続検討予定である．
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