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勝身 俊之*; 善場 敦史*; Kogishi, Makoto*; 岩永 宏平*; 安部 諭; Di
vart, P.*; Chaumeix, N.*; 門脇 敏*
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 20(1), p.25-00103_1 - 25-00103_13, 2025/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)福島第一原子力発電所の重大事故においては、水蒸気と可燃性有機化合物の存在が水素爆発に影響を及ぼしたと考えられている。本研究では、不活性ガス(すなわち水蒸気および窒素)の添加が爆発特性に及ぼす影響を調べるため、水素-メタン-空気の予混合気体を用いた球状拡大火炎の燃焼実験を閉鎖容器内で実施した。実験には2種類の容器を用い、火炎の伝播挙動はシュリーレン法により観察された。得られた画像を解析することで、火炎半径に依存する伝播速度を算出した。火炎半径が十分に小さい場合、火炎表面は滑らかであり、無伸長火炎の伝播速度は不活性ガスの添加により低下することが確認された。一方、火炎半径が大きくなると、固有不安定性によりセル状構造が発達し、火炎の加速が生じた。この挙動に基づき、火炎加速モデルのパラメータを同定し、火炎半径に応じた伝播速度の予測を行った。無次元化した加速係数(無伸長火炎の伝播速度による規格化)は、等価比が低いほど大きくなり、これは拡散-熱不安定性が強くなることによる。一方、等価比が同じ場合、不活性ガスの添加によって加速係数は増加し、これは有効ルイス数の低下により火炎の不安定性が促進されたことを示している。燃焼容器内の最大圧力は、不活性ガス添加時には低下し、また実験で得られた最大圧力は、断熱条件下での計算値よりも低くなった。これは予混合燃焼中の熱損失によるものである。以上の結果は、福島第一原子力発電所における水素爆発の解明に資する重要な知見である。
勝身 俊之; Thwe Thwe, A.; 門脇 敏
Journal of Visualization, 25(5), p.1075 - 1083, 2022/10
被引用回数：4 パーセンタイル：25.20(Computer Science, Interdisciplinary Applications)希薄燃焼と不活性ガス添加は、水素予混合火炎の燃焼速度を制御するのに有用であり、固有不安定により希薄水素火炎の前面にセル状構造が形成されることはよく知られている。しかし、希薄水素予混合火炎の不安定現象に対する不活性ガス添加の影響は十分に理解されていないため、火炎の不安定性を実験的に調査する必要がある。実験では、不安定現象の特性を解明するために、フラットバーナー上の水素/酸素/不活性ガス(Ar, N
, CO)予混合火炎のセル状構造と変動を、直接観察,レーザー診断および発光強度を使用して取得した。その結果、不活性ガス添加量,当量比,総流量とセル状火炎の特性との相関関係が明らかになり、これらのパラメータが火炎の不安定性に及ぼす影響が議論された。
古山 大誠*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之; 小林 秀昭*; 門脇 敏
日本機械学会論文集(インターネット), 87(898), p.21-00107_1 - 21-00107_12, 2021/06
断熱および非断熱条件下での水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動に及ぼす蒸気添加の影響を数値計算的に調査した。8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応でモデル化された水素-酸素燃焼の詳細な化学反応メカニズムを採用し、圧縮性ナビエ・ストークス方程式に基づいて、2次元の非定常反応流が処理された。蒸気の追加と熱損失が増加すると共に平面火炎の伝播速度は減少した。水蒸気濃度の増加と共に、標準化したセル状火炎の燃焼速度は増大し、熱損失が存在する場合、標準化したセル状火炎の燃焼速度は、断熱の場合より大きくなった。水蒸気添加により、水素-空気希薄予混合火炎の不安定挙動はプロモートされる。これは、ガスの熱拡散率が減少し、拡散-熱的不安定性が強くなるからである。水素予混合火炎の不安定性に及ぼす水蒸気添加の効果は新たな知見であり、原子力発電所などにおける水素防爆対策に繋がることが期待される。
門脇 敏; Thwe Thwe, A.; 古山 大誠*; 河田 一正*; 勝身 俊之; 小林 秀昭*
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 16(2), p.20-00491_1 - 20-00491_12, 2021/00
被引用回数：13 パーセンタイル：45.61(Thermodynamics)水素-空気予混合火炎の固有不安定により生じるセル状火炎面の不安定運動に及ぼす圧力と熱損失の影響を数値的に調査するために、水素-酸素燃焼の反応機構を採用し、8つの活性種と希釈剤の17の可逆反応をモデル化した。二次元非定常反応流れの基礎方程式が処理され、圧縮率,粘度,熱伝導,分子拡散、および熱損失が考慮された。圧力が高くなると、最大成長率が増加し、不安定な範囲が広がった。これらは主に火炎の厚さの減少によるものだった。圧力が高く、熱損失が大きくなると共に平面火炎の燃焼速度で標準化したセル状火炎の燃焼速度は増加した。これは、圧力と熱損失が細胞炎面の不安定な動きに強く影響したことを示している。また、フラクタル次元が大きくなり、炎の形状が複雑になったことを示している。
勝身 俊之; 吉田 康人*; 中川 燎*; 矢澤 慎也*; 熊田 正志*; 佐藤 大輔*; Thwe Thwe, A.; Chaumeix, N.*; 門脇 敏
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 16(2), p.21-00044_1 - 21-00044_13, 2021/00
被引用回数：12 パーセンタイル：39.96(Thermodynamics)水素/空気予混合火炎の動的挙動の特性に及ぼす二酸化炭素と水蒸気の添加の影響を実験的に解明した。シュリーレン画像により、火炎面の凹凸が低い当量比で明瞭に観察された。火炎半径が大きくなると共に伝播速度は単調に増加し、火炎面の凹凸の形成に起因する火炎加速が生じた。不活性ガスの添加量を増やすと、特にCO添加の場合、伝播速度が低下した。さらに、マークスタインの長さと凹凸係数が減少した。これは、COまたはHOの添加が水素火炎の不安定な動きを促進したことを示してあり、拡散熱効果の強化が原因であると考えられる。水素火炎の動的挙動の特性に基づいて、火炎加速を含む伝播速度の数学モデルで使用されるパラメータが得られ、その後、さまざまな条件下での火炎伝播速度が予測された。
門脇 敏; 野上 雅人*; Thwe Thwe, A.; 勝身 俊之*; 山崎 渉*; 小林 秀昭*
日本機械学会論文集(インターネット), 85(879), p.19-00274_1 - 19-00274_13, 2019/11
本研究では、流体力学的不安定性と拡散・熱的不安定性に起因する三次元セル状予混合火炎に及ぼす未燃ガス温度と熱損失の効果を調べるため、三次元圧縮性ナヴィエ・ストークス方程式を採用して三次元の反応流れの数値計算を実行した。未燃ガス温度が下降し熱損失が増大するとともに、火炎の増幅率は小さくなり、不安定領域は狭くなる。これは、主として平面火炎の燃焼速度の低下によるものである。その増幅率と波数を平面火炎の燃焼速度と質量流束密度で標準化すると、未燃ガス温度の下降とともに、標準化した増幅率は大きくなり、不安定領域は広くなる。これは、主に、既燃ガスと未燃ガスの温度比の増加によって熱膨張の効果が強くなること、並びに、ゼルドヴィッチ数の増大に伴う凹凸の火炎面における局所的燃焼速度の変化が顕著になることによるものである。最大増幅率に対応する特性波長をもつ擾乱を平面火炎に加えると、それは固有不安定性により発達し、セル状の火炎面が形成される。標準化したセル状火炎の燃焼速度は、未燃ガス温度の下降とともに増加する。また、熱損失が増大するとセル状火炎の燃焼速度は増加する。これは、熱損失が拡散・熱的不安定性において重要であることを示している。
Thwe Thwe, A.; 門脇 敏; 勝身 俊之
no journal, ,
密閉容器内における水素-空気希薄予混合火炎の燃焼特性に及ぼす窒素添加の影響を調べるため、実験を行った。球状に伝播する予混合火炎の挙動を高速シュリーレン法で撮影し、火炎半径と伝播速度を測定した。火炎半径が十分に小さい場合、滑らかな火炎面が観察された。一方、火炎半径が大きい場合、予混合火炎の固有不安定性により、セル状の火炎面が形成された。セル状の火炎面の形成により火炎伝播速度が増加し、その後、火炎加速が発現した。予混合火炎に窒素を添加すると、固有不安定性が強くなり、火炎面のセル形状が顕著になった。密閉容器内の最高圧力は窒素添加時に低下し、水素爆発が抑制されたことが示された。また、実験の最高圧力は断熱条件下での計算値よりも低かったが、これは密閉容器内のガスから容器壁への熱損失によるものと考えられる。水素-空気希薄予混合物の燃焼特性は窒素添加によって大きく影響されました。
