ダストデトネーション波の開始とその構造

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穀物粉など可然性ダストによるデトネーション波の伝播過程、波面構造を調べ、またどのような過程を経て開始するのかを明かにすることを目的とした。ダストデトネーションには、ダストが酸化剤中を浮遊している場合と管底に堆積している場合があるが、本研究では主に後者について、実験及び数値シミュレーションにより伝播機構、波面構造、開始過程を実験と数値シミュレーションにより明かにした。実験では管内にダスト(粉塵)と酸化剤気体を導入し、衝撃波によって着火することによって得られるデトネーション波の発達状況を実験的に観察し、伝播マッハ数、デトネーション圧力、先頭衝撃波と燃焼波の間隔など波面情報から開始過程を明かにするとともに高速シュリーレン写真により波面構造を明かにした。数値シミュレーションでは、二相流の保存方程式に、ダストの舞い上がり機構、ダストの着火、燃焼機構を組み入れて、FCTあるいはTVD法により解き、実験と比較することを目的とした。具体的には燃料ダストとしてコーンスターチを用い、開始衝撃波の強さ、酸化剤中の酸素濃度、酸化剤初期圧、ダスト質量などをパラメーターとして実験を行い、管壁に埋めこまれた圧力変換器、イオンプローブによって衝撃波の伝播速度と圧力変化、燃焼波面と衝撃波面の時間間隔を測定し、開始衝撃波から最大速度約1300m/s、最大圧力ほぼ初期圧の40倍の準定常デトネーション波に発達する過程を明かにした。また、特別に製作した可視化部を持つ管を用いて衝撃波とダストの干渉過程のシュリーレン画像を高速度カメラで撮影し衝撃波の足元でダスト層との干渉により特徴的な圧力波が発生し、ダストを舞いあげ酸化剤と混合させダストデトネーション波を形成させる事を明かにした。数値シミュレーションにおいては1次元的な解析により実験と定性的に一致する結果を得、燃焼モデルの妥当性を証明した。