粉塵爆発における火炎伝播メカニズム解明

粉尘爆炸中火焰传播机理的阐明

• 批准号: 21K14379
• 负责人: KIM WOOKYUNG
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K14379/
• 关键词: 粉塵爆発; 粉じん爆発; アルミニウム; 火炎伝播

微小重力実験の実施により、アルミニウム粉体の爆発下限濃度付近での実験が実施できた。その結果、微小重力場では粉体が沈降しづらくなり、通常重力実験における爆発下限濃度以下の濃度でも火炎が伝播することが確認され、粉塵爆発のリスクが高まることを示した。粉塵爆発下限濃度付近では粒子間の距離が大きくなるため、熱伝導の特性時間が長くなり、離散的な火炎伝播挙動になることが観察された。また、粒径が最小着火エネルギー（MIE）に及ぼす影響を調べた。アルミニウム粉体がマイクロサイズでは、反応律速となり、MIEが粒径の0.5乗に比例し、アルミニウム粉体がナノサイズでは、拡散律速になり、MIEが粒径の3乗に比例することがわかった。さらに、アルミニウム粉体-酸素-二酸化炭素混合気の爆発下限濃度を、酸素濃度を変化させて実験的に求めた。酸素濃度が大きくなるにつれ爆発下限濃度は小さくなることが分かった。アルミニウム粉体-酸素-窒素混合気と比較すると、酸素濃度10vol％で二酸化炭素混合気の燃焼限界が窒素混合気の爆発下限濃度より非常に小さい値になった。アルミニウム粉体-酸素-窒素混合物の燃焼では、酸素濃度、当量比の変化で火炎温度が低くなりにくいため、反応速度が遅くならず、低い酸素濃度でも燃焼することがわかった。さらに、詳細反応機構を考慮した一次元数値計算による反応解析を行った。酸素濃度と当量比が小さくなるにつれ、断熱火炎温度が下がる傾向になった。しかし、アルミニウム粉体-酸素-二酸化炭素混合気の断熱火炎温度アルミニウム粉体-酸素-窒素混合気に比べて酸素濃度、当量比の変化で火炎温度が低くなりにくいことがわかった。

通过进行微重力实验，可以在铝粉爆炸的下限附近进行实验。结果，粉末很难在微重力场中定居，并且可以证实，即使在正常重力实验中爆炸浓度的下限下，火焰也会传播，这表明尘埃爆炸的风险增加。据观察，颗粒之间的距离在灰尘爆炸的下限浓度接近，从而导致较长的导热率特性，从而导致离散的火焰传播行为。我们还研究了粒径对最小点火能（MIE）的影响。发现铝粉是微型的反应速率限制，MIE与粒度的功率成正比，并且铝粉与粒径的力量成正比，并且该铝粉与粒径的功率成正比。此外，通过改变氧气浓度，实验确定铝粉 - 氧氧化二氧化碳混合物的爆炸浓度的下限。发现随着氧气浓度的增加，爆炸浓度的下限降低。与铝粉 - 氧氮混合物相比，二氧化碳混合物的燃烧极限远小于氮混合物的较低爆炸极限，氧气浓度为10 vol％。已经发现，当铝粉 - 氧氮混合物的燃烧时，由于氧浓度和同等比率的变化，火焰温度降低的可能性较小，并且反应速率不会减慢，并且即使在低氧浓度下也会发生燃烧。此外，考虑到详细的反应机制，使用一维数值计算进行了反应分析。随着氧气浓度和等效比的较小，绝热的火焰温度趋于降低。然而，发现与铝粉粉 - 氧氮混合物相比，由于氧气氧气二氧化碳混合物的绝热火焰温度的火焰温度降低的可能性降低的可能性较小。

项目成果

微小重力環境におけるアルミニウム粉塵爆発に関する研究

微重力环境下铝粉尘爆炸研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 土屋建;小槻峻司;菊地亮太;梅澤猛;大澤範高;佐伯琳々，上野寧子，城﨑知至，遠藤琢磨，金佑勁
• 通讯作者: 佐伯琳々，上野寧子，城﨑知至，遠藤琢磨，金佑勁

Aluminum dust explosion in oxygen-enriched atmospheres

富氧气氛中铝粉尘爆炸

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Ueno;R. Saeki;T Johzaji;T. Endo;M. Lee;W. Kim
• 通讯作者: W. Kim

Gravity Effects on the Minimum Explosive Concentrations in 1-D Dust Explosion

• DOI: 10.1080/00102202.2023.2182203
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: Combustion Science and Technology
• 影响因子: 1.9
• 作者: K. Kuwana;S. Yazaki;Wookyung Kim;T. Mogi;R. Dobashi

Effect of particle size on the minimum ignition energy of aluminum powders

• DOI: 10.1016/j.powtec.2022.118190
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: Powder Technology
• 影响因子: 5.2
• 作者: Wookyung Kim;Rinrin Saeki;Yasuko Ueno;T. Johzaki;Takuma Endo;Kwang-Bo Choi

航空機の放物線飛行を利用した微小重力場でのアルミニウム粉体の挙動解析

利用飞机抛物线飞行分析铝粉在微重力场中的行为

• 发表时间: 2022
• 作者: J. Wu;K. Makihara;H. Zhang;H. Furuhata;N. Taoka;A. Ohta and S. Miyazaki;佐伯琳々，上野寧子，土橋律，遠藤琢磨，桑名一徳，茂木俊夫，李敏赫， 矢崎成俊，三上真人，中村祐二，金佑勁
• 通讯作者: 佐伯琳々，上野寧子，土橋律，遠藤琢磨，桑名一徳，茂木俊夫，李敏赫， 矢崎成俊，三上真人，中村祐二，金佑勁