レ-ザ螢光法による燃焼反応速度の測定とそのストキャスティック・モデリング

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02209107
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 小森 悟 九州大学, 工学部, 助教授 (60127082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 植田 洋匡 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70026186) ; 天田 次雄 九州大学, 工学部, 助手 (10180093) ; 村上 泰弘 九州大学, 工学部, 教授 (00037730)
• Keywords: 反応乱流 / レ-ザ螢光法 / ストキヤステイックモデル / 格子乱流

Research Abstract

化学反応(燃焼)を伴う乱流混合の問題は燃焼反応装置内での燃焼反応速度の正確な評価と制御の問題、及び、道路近傍での自動車排気ガスの拡散予測等の環境問題に密接に関連し、その解決が緊急の課題とされている。そこで、本研究はこのような実用的な問題の解決に貢献するため従来の研究では解明なされていなかった化学反応(燃焼)と乱流混合の間の複雑な相互効果を実験的・理論的に解明することを目的とすることを目的とした。具体的には、極度に遅い反応、極度に速い反応、その中間程度の速さの反応の三つの反応(いずれも二次反応)をもつ液相の格子乱流中で、レ-ザ蛍光法・散乱法を用いて二成分の瞬間濃度を同時測定することにより、反応速度を評価した。特に、時間平均反応速度Rは、R=k(C___ー_AC___ー_B+<C_AC_B>___ー)で与えられ(k:反応速度定数、C___ー_A:A成分の時間平均濃度、C_A:A成分の変動濃度)、Rに及ぼす乱流混合の効果は、第二項の変動濃度積に集約されるので、この項の評価を中心に行った。さらに、CCDイメ-ジエリアセンサ-と画像処理法を用いて二成分の混合界面近傍での瞬間濃度を二次元空間で測定することにより界面の空間・時間的発展と二成分流体の混合機構を明らかにした。また、理論的研究としてクロ-ジャ-仮定を必要としない二粒子モデルとよぶラグランジュ確率密度関数モデルを用い、濃度統計量を理論的に評価し、実験値の説明をおこない、反応乱流場での混合反応機構を考察した。

Research Products

• [Publications] S.Komori: "Simultaneous measurements of instantaneous concentrations of two species being mixed in a turbulent flow by using a combined laserーinduced fluorescence and laserーscattering technique" Phys.Fluids A.1. 349-351 (1989)
• [Publications] S.Komori: "The effects of turbulent mixing on the correlation between the two species and on concentration flugtuations in nonーpremixed reacting flows" J.Fluid Mech.(1991)
• [Publications] S.Komori: "Concentration statistics in shearーfree gridーgenerated turbulence with a secondーorder rapid reaction" Advances in Turbulence 3. (1991)
• [Publications] S.Komori: "Simultaneous measurements of instantaneous concentrations of two reacting species in a turbulent flow nith a rapid reaction" Phys.Fluids A. 3. (1991)
• [Publications] 小森 悟: "流体力学の世界:第6章化学反応と乱流" 朝倉書店, 203 (1990)