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

利用多孔结构构件验证高气密空间氢气爆炸事故减损方法的可行性

基本信息

批准号：
19K04929
负责人：
斉藤寛泰
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Shibaura Institute 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：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

在以前的计划年份进行的研究中，我们使用了几种类型的玻璃珠和其他晶粒尺寸的颗粒作为安装在高度气密空间内壁上的多孔填充床中的多孔结构构件，并检查了爆炸性压力缓解的性能。另一方面，由于多孔结构具有各种形状，因此必须使用OpenFOAM进行二维数值模拟，以检查非球形组件（障碍物）的热量去除性能，以及爆炸性的爆炸性火焰的灭火性能。首先，将高温气体倒入一个狭窄的通道中，其中安装了具有冷却壁表面功能的障碍物，并研究了参数的影响，例如障碍物形状以及障碍物在壁热通量和下游温度分布上的方向。障碍物形状是矩形，三角形和刀片，其周长长度相同。当通过将方向更改为高温气流来检查热量性能时，倒三角障碍物，朝上的顶点上游显示出良好的热通量性能。接下来，我们使用反应性的Navie-Storks方程和管理方程式进行了数值计算，并考虑了详细的传质和化学动力学，并发现在检查的形状和安装条件下，燃烧波最多可减轻燃烧波。这些结果表明，通过安装在多孔填充层中调整的空隙形状的结构构件，可以提高衰减和爆炸火焰的灭绝有效性。