| 研究課題/領域番号 |
26350461
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| 研究機関 | 富山高等専門学校 |
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研究代表者 |
保前 友高 富山高等専門学校, 商船学科, 教授 (30470032)
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| 研究分担者 |
中山 良男 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 安全科学研究部門, 主幹研究員 (20357677)
杉山 勇太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 安全科学研究部門, 研究員 (30711949)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 爆薬 / 爆発影響 / 爆風 / 水 / 低減 / 地下式火薬庫 / 小スケール実験 / 数値解析 |
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| 研究実績の概要 |
１．研究の目的：爆薬の近傍に水を配置して爆発させると周辺の爆風圧が低減化することが知られているが，そのメカニズムは必ずしも理解されているとは言い難い。水を用いた爆風圧低減化技術は，保安技術として大変有効であるが，応用のためには，低減化のメカ二ズムの解明が不可欠である。本研究では，この解明のため，縮小モデルを用いた爆発実験を行う。爆発後の衝撃波，爆発生成物と水の相互作用を調べるため，状況を高速度カメラにより記録し，評価する。また，水の蒸発による爆発のエネルギー吸収を定量的に見積もるため，爆発に伴う水の蒸発量を計測する。その上で，独自の数値解析コードによりデータの解釈を行う。最終的には，使用条件，環境に応じた最適な水の使用方法を提案し，保安に資する。
２．本年度の成果（１）縮小モデルを用いた可視化実験：昨年度までの知見を基礎として，今年度新たな縮小モデル（透明樹脂製角管）を製作し，内部でアジ化鉛100mgを爆発させ，状況を高速度カメラで記録し，爆点に比較的近い管内部，および外部での圧力履歴を計測する実験を行った。水がある場合に管内を伝播する衝撃波速度が遅くなること，管内の水の大部分は，爆発後も移動しないこと等を見出し，爆発直後の水と爆発の相互作用が爆風圧低減化の主因であると推測した。
（２）種々の条件下における蒸発量の計測：実験容器の設計の参考とするため，爆薬近傍の圧力計測実験を行い，データを取得できたが，今年度は，実際に蒸発量を計測するまでには至らなかった。
（３）数値解析コードの改良，実験データの解釈：昨年度開発した手法を用い，本年度実施した実験の数値解析を行い，空気と水の間でのエネルギー交換量を定量的に検討することで爆風圧低減の要因を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
高速度カメラを用いた可視化と数値解析コードについては，研究実施計画に従い，おおむね順調に進展している。すなわち，透明角管を用いた縮小モデル実験では，モデル内外での圧力履歴を計測するとともに，管内の爆発後の挙動を記録することができた。これらの結果から，水による爆風圧低減化の主因は，爆発直後の水と爆発の相互作用であると推測した。蒸発量計測については，計画未達となっているが，最終年度である今年度は，重点的に取り組み，結果を得る。数値解析では，昨年度開発した手法を用い，本年度実施した実験の数値解析を行った。角管から開放される爆風の伝播の様子を詳細に取得することができ，水と空気中を伝播する衝撃波の干渉によって水が波立つ様子などを観測することができた。また，爆風が水に入射することによって獲得する水の運動エネルギーや，水と空気の温度差によって移動するエネルギーを定量的に評価した。その結果，衝撃波によって断熱圧縮された高温空気から常温の水への内部エネルギー移動量が爆薬の持つのエネルギーの数十パーセントに達し，爆風圧の低減に寄与することがわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
高速度カメラを用いた可視化の実験について，当初計画では，軸対象を考慮したモデルを対象とすることにしていたが，昨年度，有意義なデータが得られた地下式火薬庫モデルに焦点を絞り，より定量的な評価がしやすい角管の縮小モデルを準備し，実験を行った。爆点近傍での爆風圧計測を行い，水の有無による爆風挙動の差異を定量的に評価することができたため，今年度は，このモデルを用いて水の配置等の影響を調べ，メカニズムの解明を行う。また，爆発と水の相互作用について調べるため，爆点近傍の可視化が可能であるか否かを検討する。
蒸発量計測については，実験容器の製作を行い，まずは，爆発による蒸発量を評価できるか否かを検討する。
数値解析手法については，昨年度開発した手法では水による爆風圧低減は空気と水との間でのエネルギー交換が重要であることが明らかになっているが，水の蒸発については考慮していない。実験において水の蒸発があり，それが爆風圧低減に寄与する可能性が示唆された場合，蒸発を考慮した手法を開発し，実験の再現を行い爆風圧低減メカニズムの詳細を議論する。また，水の設置方法などをパラメータとして効率のよく爆風圧が低減できる条件を見出し，保安上，効果的な水の利用方法を提案する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
旅費については，研究代表者が実験実施のため産業技術総合研究所へ出張する回数が計画より1回程度少なく，2回の出張時の滞在日数が計画よりも短かった。また，研究成果を発表するため，国内開催の学会へ出席する予定であったが，計画より１回少なかった。いずれも日程調整が不調であったためである。物品費については，想定していたよりも安価な材料で実験のための縮小モデル等を製作することができたためである。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度は，早期の日程確定を心がけ，計画通り出張を伴う実験を実施するとともに，必要な材料や部品を購入し，計画通り使用する予定である。
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