2022 Fiscal Year Research-status Report
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22K14450
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
丹波 高裕 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00833930)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 爆風 / 爆発 / 被害低減 / 緩衝材 / 水液滴 / 微粒化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究の目的】火薬類の爆発で生じる爆風被害を低減するため、緩衝材として水液滴を用いる有効性や低減メカニズムが研究されてきているが、爆発に合わせてどのように水液滴を投与するかは十分に考慮されていない。申請者は、火薬の爆発によって水塊を加速し微粒化することで水液滴を急速に散布する、新たな手法を提案する。現象を準一次元流れとする独自の実験系を用いて、爆発で飛散する水塊の挙動を評価し、微粒化メカニズムを解明して、水液滴の特性を制御する方法を探索する。また、本手法で生成する水液滴を爆風低減に用い、効果を実証する。
【本年度の成果】本年度は爆発で急加速する水塊を光学的に観測し、その挙動を評価する実験を実施した。矩形断面アクリル管に水を充填し、爆薬レンズで平面化した爆発生成ガスで加速される水塊の界面を高速度カメラで撮影した。水-爆薬の質量比が大きい場合には、水塊-空気界面が次第に平面性を失い、微粒化する兆候を観察することができた。一方で、アクリル管内を伝播する圧力波が予想以上に可視化画像に現れ、水-爆薬の質量比が小さい場合や、水-爆発生成ガス界面の挙動、および微粒化した水液滴を観察することは困難であった。そのため、目標としていた、水-爆薬の質量比が微粒化に及ぼす影響や、爆発で生成される水液滴の性状評価には至っていない。今後は、アクリル管内の圧力波が視野内に到達する前に現象を観察することを計画しており、本年度取得したデータを基に実験系の改設計を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
爆発で加速される水塊を準一次元に単純化して評価するための実験系を構築した。微粒化について最も重要なパラメータと考えられる水と爆薬の質量比を3.0から10.0まで変化させ、水-爆発生成ガス界面および水-空気界面の挙動の変化を光学観測から捉えることを試みた。水-爆薬の質量比が大きい場合には、水塊-空気界面が次第に平面性を失い、微粒化する兆候を観察することができた。しかし、水-爆薬の質量比が小さい場合や、水-爆発生成ガス界面の挙動、および微粒化した水液滴を観察することは困難であった。これは、アクリル管内を伝播する圧力波が予想以上に可視化画像に現れたためであり、実験系の改善が必要であることがわかった。アクリル管内の圧力波が視野内に到達する前に現象を観察するため、実験系の再設計を行っており、このため計画に遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、実験系を拡大して実験を実施する。アクリル管内の圧力波が到達する前に、水-爆発生成ガス界面および水-空気界面の挙動を可視化し、質量比が微粒化に及ぼす影響について引き続き評価する。また、火薬と水塊の間に隔膜や空隙を導入し、生成される水液滴の性状を操作する実験を実施する。隔膜の材質を樹脂や金属にして強度を変化させる、穴やスリットを設けてジェットの本数を変化させる等を空隙の有無と組み合わせる。
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| Causes of Carryover |
本年度は簡易的な可視化系を用いて実験系を確認しながら研究を行った。その結果、実験系を再設計する必要が明らかになったため、予定していた光学部品の購入を見合わせた。次年度では拡大した実験系で水塊の挙動を評価するため、拡大した実験系に適合する光学部品を購入する。また、供試火薬類の購入や、爆薬と水塊を保持するアクリル管の製造、水塊-爆薬間を仕切る隔膜の製造に充てる。
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