Relationship between the existence of flow and explosion intensity in a dust explosion accident

一次粉尘爆炸事故中气流的存在与爆炸强度的关系

• 批准号: 21K04573
• 负责人: 花井 宏尚
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Gunma National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04573/
• 关键词: 粉じん; 爆発; 乱れ; PMMA

粉じん爆発における着火時の乱れが爆発強度特性にどのような影響を及ぼすのか調べた．密閉容器内に形成した粉じん雲に既知の乱れを均一に与え，爆発により生じる容器内の圧力変化から粉じん爆発特性を明らかにした．昨年度，粉体試料として，メタクリル樹脂の微粒子（粉体サイズ5，15，30ミクロン）を用いて実験を実施した．実験結果から，大きな粉体では，乱れ強さが増大するに伴って，圧力上昇速度が単純に増加することが分かった．一方，小さな粉体では，ある値より乱れ強さが大きくなると，乱れによる消炎効果が火炎伸長による面積増大効果を上回り，最大圧力上昇速度が減少に転ずることが分かった．今年度は，粉体の種類およびサイズが，乱れと爆発特性の関係にどのような影響を及ぼすのか明らかにした．粉体は，ポリプロピレン樹脂，ポリエチレン樹脂，PET樹脂の燃焼性の異なる３つの樹脂を用いた．またメタクリル樹脂では，より大きな50ミクロンのサイズを用いて実験を行った．爆発強度と燃焼特性の関係を明らかにするため，容器内の圧力変化から燃焼速度を推算するプログラムを作成し，乱流場での燃焼速度を求めた．粉体の燃焼速度は，おおよそ気体燃料のそれと同等（10から30 cm/s程度）であった．昨年度より準備を進めてきたノズルバーナーを用いた実験を実施した．密閉容器内では，厚い粉じん雲のため火炎の観察が難しい．バーナー法では火炎面の観察が容易なため火炎構造の観察が行えた．5ミクロンの粉体では，火炎面前縁でおおよそ気化が完了し，火炎面後方に粉体の火炎をほとんど観察することはできなかったが，15ミクロンでは火炎面前縁で気化が完了しなかった粉体粒子が，火炎下流域で拡散火炎を形成する様子が観察できた．粉じんの火炎においても，乱れが大きくなるにつれて見かけ上の燃焼速度が大きくなる傾向が見られた．これは，爆発事故における被害の増大をもたらす．

我们调查了尘埃爆炸期间点火过程中的干扰如何影响爆炸强度特征。已知的干扰均匀地应用于气密容器中形成的尘埃云，并从爆炸引起的容器内部压力的变化中阐明了灰尘爆炸特性。去年，我们使用细甲基丙烯酸树脂颗粒（粉末尺寸5、15和30微米）作为粉末样品进行了实验。实验结果表明，在大粉末中，压力上升速率只是随着湍流的增加而增加。另一方面，发现当湍流强度提高到一定值以上时，湍流的湍流效应超过了火焰延伸的面积增加，并且最大压力上升速率变化会降低。今年，我们已经阐明了粉末的类型和大小如何影响干扰和爆炸特性之间的关系。三种具有不同易燃性的树脂，例如聚丙烯树脂，聚乙烯树脂和PET树脂，用作粉末。此外，对甲基丙烯酸树脂的尺寸较大的50微米进行了实验。为了阐明爆炸强度和燃烧特性之间的关系，创建了一个程序来估计容器压力变化的燃烧速度，并计算了湍流场中的燃烧速度。粉末的燃烧速度与气态燃料的燃烧速度大致相同（约10至30 cm/s）。我们使用喷嘴燃烧器进行了一个实验，这是自去年以来一直在准备的。在密封的容器中，由于厚实的尘埃云而很难观察到火焰。燃烧器方法使观察火焰表面很容易，因此可以观察火焰结构。使用5微米粉末，在火焰平面的前缘大致完成了蒸发，几乎无法在火焰平面后面观察到粉末的任何火焰，但是在15微米，在火焰平面的前缘未蒸发的15微米粉末颗粒在火焰下游区域的扩散火焰形成。即使在尘埃火焰中，随着干扰增加，明显的燃烧速率也会增加。这导致爆炸事故的损害增加。