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博士論文 / メタン/酸素予混合気における不安定爆轟伝播現象に関する研究 Study on unstable detonation phenomenon in Methane/Oxygen Mixture

著者

書誌事項

タイトル

メタン/酸素予混合気における不安定爆轟伝播現象に関する研究

タイトル別名

Study on unstable detonation phenomenon in Methane/Oxygen Mixture

著者名

吉田啓祐

学位授与大学

九州工業大学 (大学ID:0071) (CAT機関ID:KI000844)

取得学位

博士(工学)

学位授与番号

甲工第452号

学位授与年月日

2018-03-23

注記・抄録

爆轟の伝播限界は安全工学的に重要であり,抑制・制御することは必要な技術であるとされている.特に爆轟の伝播限界近傍においてみられる不安定現象を解明することは爆轟の安全利用,応用利用のために重要である.そこで,本研究では円管内において実際に爆轟を伝播させる実験を行うことにより不安定現象が起きる条件の推測と不安定現象の解明を目的とした.不安定な現象は化学的不安定性の強い気体種で確認されているため,本研究ではメタン酸素予混合気によるデトネーションの伝播限界近傍の挙動を解明することを目的としている.爆轟の伝播挙動には爆轟の伝播する空間スケールと,伝播する空間内の化学種の状態に強く依存することが実験的な研究により知られているため,空間スケールのパラメータとして管内径,化学種の状態のパラメータとして初期圧力,当量比,希釈剤を変化させて実験を行った.また,同条件において定常1次元解析を行うことで爆轟の伝播挙動の解明を目指した.管内径を変化させた場合,当量比を変化させた場合,希釈剤を用いた場合において伝播限界近傍となる低圧条件では,音速程度からC-J速度を超える速度までの幅広い速度振動が見られる不安定な現象が見られ,Gallopingdetonationの特徴である周期的な速度振動が観測された.また,管内径・当量比をパラメータとして変化させ比較した条件では,爆轟を伝播させるスケールサイズに対して未燃ガスの特性から決定するセルサイズを用いて無次元化を行うことで,安定伝播と不安定伝搬の境界条件を予測することができる.無次元パラメータα(=πd/λ) < 1.0,では,爆轟の伝播速度は不安定となり,α >1.2ではC-J速度程度で安定に伝播する.1.0 < α <1.2においては,安定不安定の両方の結果が得られた.また,爆轟の特性の一つであるセル構造の可視化実験では,管内径を変化させた実験,当量比を変化させた実験において,セルの消失と再出現現象が観測される不安定な現象が見られた.セルの消失が観測されない安定な条件においても,Single-headed modeとMulti-headed modeが繰り返し観測され,低圧条件においてセル構造は不安定な挙動を示した.爆轟速度の安定性の議論に用いた無次元パラメータαを用いてセル構造の不安定性の調査を行い,α (= πd/λ) < 1.0となる条件では,セルの消失と再出現が見られる不安定な伝播モードとなり,α > 1.2ではセルの消失は見られない安定な伝播モードとなることがわかった.希釈剤を用いた実験において,爆轟速度の抑制効果が確認された.また,N2希釈に比べCO2希釈のほうが希釈剤の効果はおおきいことがわかった.化学的不安定性を示す誘導距離と反応距離の比をとった無次元パラメータηを用いることで,希釈剤を用いた場合においても不安定な挙動を示す条件を推測することができた.管内径依存性,当量比依存性を示すとともに,爆轟の抑制に希釈剤が効果的であることを示した.また,先に述べた無次元パラメータαと化学的不安定性を示すηを用いることで,既存のデータベースを用いて爆轟の不安定な挙動を示す条件を推測することの可能性をしめすことができた.

九州工業大学博士学位論文 学位記番号:工博甲第452号 学位授与年月日:平成30年3月23日

1章 研究背景|2章 実験手法|3章 爆轟伝播挙動の管内径依存性|4章 爆轟伝播挙動の当量比依存性|5章 爆轟伝播速度に与える希釈剤の影響|6章 爆轟伝播速度とセル構造の相関|7章 結論

平成29年度

九州工業大学博士学位論文(要旨)学位記番号:工博甲第452号 学位授与年月日:平成30年3月23日

キーワード

Detonation, Methane/Oxygen, Propagation limit, Galloping detonation, Smoked foil method

各種コード

NII論文ID(NAID)

500001067842

NII著者ID(NRID)
  • 8000001197347
本文言語コード

jpn

データ提供元

機関リポジトリ / NDLデジタルコレクション

博士論文 / 九州工業大学 / 工学

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