高速粉塵爆発シミュレーションを実現するハイブリッド型基本解合成法の開発

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2022年度は，次の3つのタスクを実施した．タスク１：数値モデル構築および粉塵爆発シミュレーション実施，タスク２：可燃性固体の反応サブモデルの検討，タスク３：モデル検証のための実験実施．それぞれのタスクについて，以下に記す．【タスク１（数値モデル構築および粉塵爆発シミュレーション実施）】基本解合成法および連続体モデルの両方を用いて数値シミュレーションを実施した．基本解合成法においては，一様な進行波に対して超高速にシミュレーションできる数値解法を考案した．また，2021年度より条件を広げて，爆発下限濃度および燃焼速度の数値予測を行った．連続体モデルにおいては，温度および速度が気相・粉体間で非平衡になることの影響について評価を行った．【タスク２（可燃性固体の反応サブモデルの検討）】タスク１での検討によると，単一粒子の燃焼特性時間と気相の熱伝導特性時間の比が重要な無次元パラメータである．この値について2021年度より範囲を広げて検討を行った．また，セルロース系固体に対して，表面燃焼が生じる条件と有炎燃焼が生じる条件について検討を行った．さらに，表面反応の消炎条件についても検討した．【モデル検証のための実験実施】爆発筒の中に粉体を噴き上げ，着火する燃焼波伝播実験を実施した．現象に及ぼす重力の影響を検証するため，通常重力環境の実験に加えて，微小重力環境での実験も実施した．燃焼速度を取得するとともに，粒子の運動についても詳細に解析した．