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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。
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：46.09(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：11 パーセンタイル：40.48(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。
Thwe Thwe, A.; 門脇 敏; 日野 竜太郎
Journal of Thermal Science and Technology (Internet), 13(2), p.18-00457_1 - 18-00457_12, 2018/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)拡散・熱的(D-T)モデル及び圧縮性ナビエーストークス(N-S)方程式を用いて広域における低ルイス数セル状予混合火炎の不安定挙動について、反応流れ場の二次元非定常数値解析を行った。圧縮性N-S方程式によって得られた火炎の成長増幅率は、D-Tモデルによって得られたものより大きく、不安定領域は広いことが分かった。計算領域を広くした結果、大きなセル状火炎から分離された小さなセルの数は劇的に増加した。このとき、圧縮性N-S方程式に基づく数値結果では、より強い不安定挙動及びより大きな平均燃焼速度が観察された。併せて、圧縮性N-S方程式によって得られたフラクタル次元は、D-Tモデルによって得られたものよりも大きかった。加えて、放射熱損失が低ルイス数予混合火炎の不安定性を促進することを確認した。
