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微小重力場におけるランダム分散液滴群の燃え広がり機構解明と噴霧燃焼モデルへの展開

Research Project

Project/Area Number 18J15253
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

吉田 泰子  山口大学, 創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords群燃焼 / 液滴燃焼 / 干渉液滴 / 冷炎 / 燃え広がり限界 / 微小重力 / 噴霧燃焼 / 液滴群 / 燃え広がり
Outline of Annual Research Achievements

本研究では噴霧燃焼の機構解明のため,液滴間の燃え広がりに及ぼす液滴干渉の影響について解明することを目的としており,宇宙実験と地上実験の両方からアプローチした.宇宙実験では,5個の液滴を有する液滴群要素実験および最大152個の液滴を有するランダム分散液滴群実験から,液滴間の燃え広がり限界について詳細に調査し,液滴群の燃え広がりメカニズムの解明を行った.その結果,ランダム分散液滴群の群燃焼発現限界付近で複数液滴の同時着火における爆発的現象が観察された.この爆発的現象は燃え広がり経路が複雑化したことにより,燃え広がり経路が深く回り込み,既に着火している別経路の火炎から長い時間加熱され,未燃液滴周囲に可燃性混合気を形成し,深い回り込みによる長い着火遅れ時間が可燃性混合気層の拡大につながり,爆発的現象が発生したと考えられる.また,未燃液滴周囲の可燃性混合気層の形成には冷炎が起因していると考えた.地上実験では,ランダム分散液滴群の一部分を最少液滴数で表現した液滴群要素を用いて要素実験を実施した.要素実験では,2個の干渉液滴を群火炎と見立て,燃え広がり限界付近に配置された未燃液滴周囲で低温酸化反応による冷炎発生の有無を調査した.冷炎は約750Kの低温度領域で発生するため,現在地上実験にて使用している実験装置に赤外線カメラを搭載し,宇宙実験で計測不可能な1000K以下の温度場の可視化を行った.その結果,燃え広がり限界付近において冷炎が発生していることが確認された.このことから,ランダム分散液滴群の群燃焼発現限界付近の条件で観察された,複数液滴の同時着火による爆発的現象は既に形成された周囲の火炎によって未燃液滴の周囲で冷炎が発生し,未燃液滴表面に可燃性混合気層が形成され,長い着火遅れ時間が未燃液滴周りの可燃性混合気層の拡大につながり,爆発的現象に寄与したと考えられる.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Flame-spread limit from interactive burning droplets in microgravity2019

    • Author(s)
      Yasuko Yoshida, Kentaro Iwai, Kentaro Nagata, Takehiko Seo, Masato Mikami, Osamu Moriue, Tetsuya Sakashita, Masao Kikuchi, Takuma Suzuki, Masaki Nokura
    • Journal Title

      Proceedings of the Combustion Institute

      Volume: 37 Issue: 3 Pages: 3409-3416

    • DOI

      10.1016/j.proci.2018.07.106

    • Related Report
      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature-Field Analysis of Flame Spread over Droplet-Cloud Elements with Interactive Droplets in Microgravity aboard Kibo on ISS2019

    • Author(s)
      Yasuko YOSHIDA, Takehiko SEO, Masato MIKAMI, Masao KIKUCHI
    • Journal Title

      International journal of microgravity science and application

      Volume: 36 Issue: 3 Pages: 360303

    • DOI

      10.15011//jasma.36.360303

    • NAID

      130007685879

    • ISSN
      2188-9783
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of Local Flame-Spread Characteristics of an Unevenly Arranged Droplet Cloud in Microgravity2018

    • Author(s)
      Yasuko YOSHIDA, Narita SANO, Takehiko SEO, Masato MIKAMI, Osamu MORIUE, Yuji KAN, Masao KIKUCHI
    • Journal Title

      Int. J Microgravity Sci. Appl.

      Volume: 35 Pages: 350203-350203

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Space-Based Microgravity Experiments on Flame Spread over Randomly Distributed n-Decane-Droplet Clouds: Overall Flame-Spread Characteristics2018

    • Author(s)
      Masato Mikami, Yasuko Yoshida, Takehiko Seo, Tetsuya Sakashita, Masao Kikuchi, Takuma Suzuki, Masaki Nokura
    • Journal Title

      Microgravity Science and Technology

      Volume: 30 Issue: 4 Pages: 535-542

    • DOI

      10.1007/s12217-018-9637-2

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 微小重力場におけるランダム分散液滴群の燃え広がりにおける複雑性に関する一考察2019

    • Author(s)
      吉田泰子
    • Organizer
      第57回燃焼シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ISS「きぼう」における「Group Combustion」実験結果-微小重力場におけるランダム分散液滴群の局所燃え広がり限界-2018

    • Author(s)
      吉田泰子
    • Organizer
      日本マイクログラビティ応用学会第30回学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小重力場におけるランダム分散液滴群の燃え広がり特性-燃え広がり経路が局所燃え広がり速度に及ぼす影響-2018

    • Author(s)
      吉田泰子
    • Organizer
      第56回燃焼シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Flame-spread limit from interactive burning droplets in microgravity2018

    • Author(s)
      Yasuko Yoshida
    • Organizer
      37th International Symposium of Combustion
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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