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

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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．