ポーラス構造部材を用いた高気密空間内水素ガス爆発事故被害低減法の実現可能性検証

これまでの計画年度で実施した研究において，高気密空間内壁に設置するポーラス体充填層内のポーラス構造部材として数種の粒径のガラスビーズなどの粒子を用い，爆発圧力の緩和性能について検証してきた．一方，ポーラス構造体には様々な形状をもつものがあるため，非球系の構造物の利用可能性を検証しておくことも重要ではないかとの考えから，本年度は，OpenFOAMを用いた2次元数値シミュレーションを導入し，非球形部材（オブスタクル）の冷却壁面としての抜熱性能，ならびに，爆発火炎の消炎性能について検討した．まず，冷却壁面としての機能を付加したオブスタクルを設置した狭流路内に高温のガスを流し，オブスタクルの形状や設置の向きなどのパラメータが壁面熱流束や下流の温度分布に与える影響を調べた．オブスタクルの形状は，周長を同じにした長方形，三角形，翼であり，高温ガス流に対する向きを変え，抜熱性能を調べたところ，頂点を上流に向けた逆三角形オブスタクルが良い熱流束性能を示した．次に，逆三角形オブスタクルに対し，反応性Navie-Storks方程式と詳細な物質移動・化学反応速度論を考慮した支配方程式を用いて数値計算を行った結果，検討した形状と設置条件のなかでは，燃焼波を最も減衰させられることが分かった．これらの結果は，ポーラス体充填層に空隙の形状を調整した構造部材を設置することで，爆発火炎の減衰，消炎を効果を向上できる可能性のあることを示している．

これまでの計画年度で実施した研究において，高気密空間内壁に設置するポーラス体充填層内のポーラス構造部材として数種の粒径のガラスビーズなどの粒子を用い，爆発圧力の緩和性能について検証してきた．一方，ポーラス構造体には様々な形状をもつものがあるため，非球系の構造物の利用可能性を検証しておくことも重要ではないかとの考えから，本年度は，OpenFOAMを用いた2次元数値シミュレーションを導入し，非球形部材（オブスタクル）の冷却壁面としての抜熱性能，ならびに，爆発火炎の消炎性能について検討した．まず，冷却壁面としての機能を付加したオブスタクルを設置した狭流路内に高温のガスを流し，オブスタクルの形状や設置の向きなどのパラメータが壁面熱流束や下流の温度分布に与える影響を調べた．オブスタクルの形状は，周長を同じにした長方形，三角形，翼であり，高温ガス流に対する向きを変え，抜熱性能を調べたところ，頂点を上流に向けた逆三角形オブスタクルが良い熱流束性能を示した．次に，逆三角形オブスタクルに対し，反応性Navie-Storks方程式と詳細な物質移動・化学反応速度論を考慮した支配方程式を用いて数値計算を行った結果，検討した形状と設置条件のなかでは，燃焼波を最も減衰させられることが分かった．これらの結果は，ポーラス体充填層に空隙の形状を調整した構造部材を設置することで，爆発火炎の減衰，消炎を効果を向上できる可能性のあることを示している．