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本研究の目的は、微粉炭粒子群のような空間的に浮遊する微粒子群の火炎伝播機構を明らかにしようとするものである。このために、ある程度の大きさを持った粒子群を任意の配列に並べ、種々の条件でこの火炎伝播現象を観察することで、微粒子間の火炎伝播や熱輸送機構を明らかにしようとした。粒子がある程度以上の大きさになると、個々の粒子の燃焼に自然対流の影響が現れてくるが、実際の微粒子では粒子径が十分に小さいため個々の粒子の燃焼には自然対流の影響の極めて小さい燃焼になっている。このため実験は自然対流の影響のない微小重力環境において行った。
実験には、比較的短時間で燃焼が終了する発泡ポリスチレン球を用いた。実験のパラメータとしては、雰囲気の酸素濃度、試料間隔、試料粒径、雰囲気のバランスガスを選んだ。この結果、火炎伝播速度は雰囲気酸素濃度が高くなると急激に増加することがわかった。また、試料間隔は、最大の伝播速度を与える試料間隔の存在することがわかった。この原因としては、試料間隔が広い場合と狭い場合で伝播の機構が異なることが予想された。試料間隔が広い場合には粒子間に可燃ガスが満たされ、そこを火炎が伝播するのに対し、間隔が離れると隣接する未燃焼粒子の表面から着火が開始し伝播することによなる。前者の場合、間隔が狭すぎると試料間のガスの濃度が過濃になり伝播速度が低下する。一方、間隔が広い場合、粒子間の輻射熱輸送が現象を支配するようになり、間隔が広ほど伝播速度は急速に低下する。このほか、試料粒径は火炎伝播速度に大きな影響を持ち、粒径が小さくなると伝播速度が急速に大きくなる。バランスガスの影響については、熱容量が小さいものほど伝播速度は大きくなる傾向を示すが、伝播速度は熱容量により一意的には決定されないことがわかった。この点は、現象のモデル化、数値計算とともに次年度の課題である。
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