地球・宇宙環境下粉塵爆発リスク評価のためのアルミニウム粉体火炎伝播メカニズム解明

阐明铝粉火焰传播机制，用于地球和空间环境中粉尘爆炸风险评估

• 批准号: 22KJ2339
• 负责人: 佐伯 琳々
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2339/
• 关键词: 粉塵爆発; 金属粉体燃焼; アルミニウム粉体; 火炎伝播

本研究の目的は，アルミニウム粉体の火炎伝播メカニズムを解明することである．当該年度では特にアルミニウム粉体が粉塵濃度が火炎伝播挙動に与える影響を希薄条件で調べた．予め粒径を変えて爆発下限濃度（MEC）測定を実施し，最もMECが小さく爆発発生可能性が高いと考えられる22 μmのアルミニウム粉体に着目した．希薄条件における火炎伝播挙動を調べるために微小重力燃焼実験を実施し，低速流れ場に浮遊する粉塵にエネルギーを与えて着火させた場合の火炎伝播挙動を観察した．また実際の粉塵濃度分布を可視化システムで実測し，MEC付近からアルミニウム粉体-空気混合物の化学量論比の範囲で粉塵濃度を変化させた場合（50-300 g/m3）について知見をまとめた．特に，極希薄条件においてアルミニウム粉体火炎は不連続的な形状を示し離散火炎になることを実験的に示した．この火炎伝播挙動の変化は，単一アルミニウム粒子の燃焼時間と熱伝導の特性時間のバランスで説明できる．粉塵火炎の特徴である数mmオーダーの分厚い予熱帯による効果や，特に希薄条件では粒子間の距離が長くなることにより，熱伝導の特性時間が長くなり火炎伝播挙動が変化したと考えられる．さらに粒径を変化させた（10-54 μm）実験においても，粒径が大きくなるほど離散的な火炎伝播挙動が観察された． 粒径の影響についても燃焼と熱伝導の特性時間で説明でき，特にミクロンオーダーのアルミニウム粉体では単一粒子の燃焼時間が粒径の強い関数になっている影響によるものと考えられる．このような極希薄条件における火炎伝播挙動の知見は燃焼限界の予測に繋がり，粉塵爆発リスク評価の高精度化に貢献することが期待できる．

The purpose of this study is to メカニズムを, ア, ア, ニウム, ニウム, powder <s:1> fire 伝, メカニズムを, explain する, とである, とである. When the annual で は, に ア ル ミ ニ ウ が ム powder dust concentration が fire inflammation 伝 sowing 挙 に and え る を when thin conditions で adjustable べ た. To め を particle size variations え て detonation 発 lower concentration (MEC) を be し, most small も MEC が さ く detonation 発 発 high possibility が い と exam え ら れ る 22 mu m の ア ル ミ ニ ウ ム powder with mesh し に た. Conditions and thin に お け る fire inflammation 伝 sowing 挙 motion を べ る た め に small gravity combustion 焼 be 験 を be し, low-speed flow れ field に planktonic す る dust に エ ネ ル ギ ー を and え て fire さ せ た occasions の fire inflammation 伝 sowing 挙 dynamic を 観 examine し た. を ま た be interstate の dust concentration distribution visualization シ ス テ ム で be し, MEC paying nearly か ら ア ル ミ ニ ウ ム powder mixture - empty 気 の stoichiometry theory than の van 囲 を で dust concentration variations change さ せ た occasions (50-300 - g/m3) に つ い て knowledge を ま と め た. Special に, extremely thin conditions に お い て ア ル ミ ニ ウ ム powder fire inflammation は was no shape even 続 な を し discrete fire inflammation に な る こ と を be 験 に し in た. こ の fire inflammation 伝 sowing 挙 dynamic の - は, 単 a ア ル ミ ニ ウ の ム particles combustion 焼 time 伝 guide の thermal performance と の バ ラ ン ス で illustrate で き る. Dust fire inflammation の, 徴 で あ る several mm オ ー ダ ー thick い の points to hot 帯 に よ る unseen fruit や, trevor に conditions and thin で は の distance between particles が long く な る こ と に よ り, hot 伝 guide の features long が く な り fire inflammation 伝 sowing 挙 dynamic が variations change し た と exam え ら れ る. さ ら に を particle size variations change さ せ た (10-54 microns) be 験 に お い て も, large diameter が き く な る ほ ど discrete dynamic が な fire inflammation 伝 sowing 挙 観 examine さ れ た. Size の influence に つ い て も combustion 焼 と hot 伝 guide の characteristic time で show で き, trevor に ミ ク ロ ン オ ー ダ ー の ア ル ミ ニ ウ ム powder で は 単 a particle の 焼 time が size の strong い masato number に な っ て い る influence に よ る も の と exam え ら れ る. こ の よ う な and extremely thin conditions に お け る fire inflammation 伝 sowing 挙 dynamic の knowledge は combustion 焼 limit の be に 繋 が り, dust detonation 発 リ ス ク review 価 の precision turn に contribution す る こ と が expect で き る.

项目成果

微小重力環境を利用した低速流れ場におけるアルミニウム粉塵爆発実験

微重力环境低速流场铝粉尘爆炸实验

• 发表时间: 2022
• 作者: 多々良飛鳥;立川璃子;宮﨑康行;中条俊大;森治;佐藤泰貴;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

Flame propagation of aluminum-air mixtures in microgravity environment

微重力环境下铝-空气混合物的火焰传播

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Saeki;Y. Ueno;R. Dobashi;T. Endo;K. Kuwana;T. Mogi;M. Lee;S. Yazaki;M. Mikami;Y. Nakamura;W. Kim
• 通讯作者: W. Kim

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