機能性ポーラス構造部材を用いた高気密空間内水素ガス爆発事故被害軽減法の高性能化

利用功能性多孔结构构件提高高气密空间氢气爆炸事故损害减轻方法的性能

• 批准号: 22K04622
• 负责人: 斉藤 寛泰
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04622/
• 关键词: 爆発圧力緩和; 水素ガス爆発; 減災システム; ポーラス体; 消炎; 水素爆発; 減災; ガス吸着

本年度は，課題1として設定した「機能性ポーラス構造体を用いた高気密空間内の水素ガス爆発圧力の抑制」について検証実験を行った．これまで，粒子表面におけるガス吸着性がないガラスビーズ等固体粒子の充填層を密閉空間内壁に設けた際の爆発圧力緩和性能を調べ，音速未満の爆燃波・音速を超える爆轟波ともに，充填ガラスビーズ直径が消炎の可否に影響を及ぼすことを確認してきた．しかしながら，爆燃波の場合，ガラスビーズの充填により，同一体積における爆発過圧力のピークは下げられるものの，圧力上昇の立ち上がりは極めて急峻となり，これが問題であった．そこで，粒子表面や内部に細孔（消炎距離よりもかなり小さいスケールであり，火炎は内部へ侵入できないはずである）を有するほぼ同じ粒径の活性アルミナボールを用いて同様の実験を実施した結果，爆発過圧力のピークが減少し，かつ，圧力の立ち上がりが鈍化し，最大圧力上昇速度（圧力の時間変化の傾きが最も大きくなるときの上昇速度）はかなり減少することが明らかとなった．現時点では，その爆発圧力の緩和メカニズムについての詳細は明らかではないが，爆発火炎の拡がりとともに生じる火炎周囲の未燃混合気の圧力上昇により，粒子間の微細空隙へ未燃混合気が押し込まれる効果に加え，粒子表面や内部の細孔への気体の押し込みによる隔離も発生し，爆発に寄与する混合気量が減少したためではないかと推測している．爆発終了後の密閉空間内の残圧から，活性アルミナボールを用いた条件では未燃混合気量が多いこと判明している．これらの実験事実は，単なる剛体球ではなく，機能性粒子を用いることで爆発圧力の緩和をより効果的に行えることを示唆している．

今年，我们将“利用功能性多孔结构抑制高密闭空间中的氢气爆炸压力”作为第一个课题进行了验证实验。迄今为止，我们已经研究了当颗粒表面不具有气体吸附性能的玻璃珠等固体颗粒的填充层位于封闭空间的内壁上时的爆炸压力松弛性能，我们已经证实了这一点。玻璃珠的直径对能否消炎有影响。然而，在爆燃波的情况下，尽管通过填充玻璃珠降低了相同体积的爆炸超压峰值，但压力上升的上升极其陡峭，这是一个问题。因此，我们使用颗粒大小大致相同、颗粒表面和内部都有孔隙的活性氧化铝球进行了类似的实验（规模远小于灭火距离，因此火焰应该无法穿透内部）。发现爆炸超压的峰值降低，压力上升变慢，最大压力上升速度（压力时间变化的斜率变为最大时的上升速度）大幅下降。目前，爆炸压力减轻的机制细节尚不清楚，但随着爆炸火焰的蔓延，火焰周围未燃烧混合物的压力增加，导致未燃烧混合物被推入到火焰之间的微观空隙中。除此之外，据推测，由于气体被迫进入颗粒表面和内部孔隙，也发生了隔离，从而减少了导致爆炸的空气燃料混合物的量。从爆炸后封闭空间内的残余压力发现，在使用活性氧化铝球的条件下，存在大量未燃烧的混合物。这些实验事实表明，使用功能颗粒而不是简单的刚性球体可以更有效地缓解爆炸压力。