多分散系微粉体がもたらす爆発被害：シミュレーションが解き明かす炭塵燃焼と安全評価

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01387
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 松尾 亜紀子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70276418)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 爆発 / 固気混相流 / 数値解析 / 燃焼 / 安全評価

研究成果の概要

数値流体力学と離散要素法の組み合わせによる反応性粒子による圧縮性粒子流れに対する解析手法を新たに構築し，衝撃波による堆積粒子分散現象の関わる問題に対する粒子挙動を調べた．対象とする問題に対して従来用いられていた二流体モデルに基づく解析手法では捉えることの出来ない，粒子希薄領域での粒子挙動追跡を目的として新規解析モデルを構築した．また、衝撃波によって誘起される堆積炭塵燃焼に対する数値解析を行い，実験値との比較により本手法の多分散系燃焼問題に対する妥当性を示した．また，定常伝播時の燃焼波構造について解析結果から明らかにした。

自由記述の分野

圧縮性流体力学, 燃焼工学, 航空宇宙工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

21世紀に至り，安全技術の進歩にも関わらず粉塵をエネルギー源とする爆発事故が世界および日本において増加傾向にあり、粉塵爆発は粒子を取り扱う産業において常に発生する可能性を有している。粉塵爆発発生には粒子が空気中に浮遊して十分に分散した状態が必要であることから、空気中に分散した状態の粒子群中で引き起こされる粉塵爆発に関して多くの成果が報告されているが、堆積した粉塵(堆積粉塵)の巻き上げ過程を含んだ粉塵爆発に対する研究は少ない。堆積粉塵燃焼は自着火することが無いため、安全対策として必要となる予防技術としては，一次爆発から堆積粉塵燃焼へ遷移過程の解明と爆発へ至る条件の解明が必要である。