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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、種々の条件でこの着火および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ため、現象が複雑になり解析が難しくなる。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。また、これに対応させた数値計算を行い、既燃部分を熱源とする未燃粒子の着火の条件について検討を行った。
実験には、試料の取り扱いが容易な発泡ポリスチレン球および実際の燃料である微粉炭粒子を用いた。実験のパラメータとしては、雰囲気の酸素濃度、試料間隔、雰囲気のバランスガス等を選んだ。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し、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。さらにバランスガスによっても火炎伝播速度がかなり影響を受けることが確認された。この原因を知るために数値計算を行い、隣接粒子への火炎伝播についての検討を行った。この結果火炎による未燃焼粒子への着火は粒子間の距離と粒子直径に依存することが確認された。すなわち、粒子間隔がある程度以上の広さの場合には、熱伝導により未燃粒子周りが加熱され着火が生じる。このため、基本的には着火は粒子間隔が狭いほど早く生じる。ところが粒子間隔がかなり狭い場合には、未燃焼粒子が火災面より内側の温度の低い領域に入ってしまうので、未燃粒子からの揮発分の発生が遅れて伝播速度が低下することが推測された。このため、伝播速度が粒子間隔に対してピークを持つ傾向を示すと考えられる。また、火炎伝播には、このように火炎から未燃粒子への熱伝導現象が支配的な影響を持つので、酸素濃度を高めることで熱源温度が高くなると伝熱量が増加し伝播速度が大きくなることや、バランスガスを変えることで熱伝導率が変化し火炎伝播速度が変化することなども説明された。
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