高強度乱流伝ぱ火炎の局所消炎発生機構と乱流火炎微細構造との関係

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650159
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 城戸 裕之 九州大学, 工学部, 教授 (50037959)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中島 健四郎 九州大学, 工学部, 助手 (60037869)
• Keywords: 内燃機関 / 高強度乱流伝ぱ火炎 / 層流燃焼速度 / 層流火炎反応域長さ / 火炎面電位 / 火炎領域厚さ / 火炎素面数

Research Abstract

内燃機関での予混合気の乱流燃焼過程の本質は、乱流混合と化学反応の相互作用にあり、未燃混合気の乱れが燃焼促進と消炎に及ぼす影響は大きい。近年、レイリ-散乱法、シュリ-レン写真撮影法、微小探針法、また、レ-ザシ-ト断層写真撮影法などにより、乱流伝ぱ火炎の微細構造がかなり明らかになってきており、ReーDa、u'/S_<LO>ーη_K/η_Oとu'/S_<LO>ーL_f/η_O座標平面に異なる燃焼領域が定性的に示されている。本研究は、モデルによる火炎構造と燃焼速度および両者の関係をこれら3つの座標系に線図で表示し、また著者らの乱流火炎微細構造モデルト他の火災構造モデルを用いて、以上の3つの座標系に、等乱流燃焼速度と等火等構造パラメ-タの線図を示した。これにより、乱流燃焼現象を総合的、かつ具体的に示すことができるだけでなく、火炎構造と燃焼速度の関係も明らかになった。これを実験的に検証するために、強い乱れ場の中を予混合乱流火炎が一方向に伝ぱする燃焼容器にて、静電探針法によって火炎面電位信号の計測を行うとともに、レ-ザシ-ト法による乱流火炎の断層写真撮影、火炎領域厚さの解析及び火炎の微細構造の観察を行った。この結果、フアン回転速度が増加するにしたがい、火炎領域厚さは厚くなる。また乱れが強すぎると火炎伝ぱが不可能となる。フアン回転速度一定のもとでは、層流燃焼速度が小さく層流火炎反応域厚さが厚い混合気ほど火炎伝ぱ速度は小さく、火炎領域厚さは厚くなる。火炎素面数の確率密度分布によると、フアン回転速度が増すにつれて火炎面電位信号のピ-ク数は増加し、その傾向は層流火炎反応域厚さの厚いものほど顕著である。レ-ザシ-ト法による断層写真では、乱流伝ぱ火炎の凹凸のスケ-ルは、フアン回転速度15000rpmでは数mmから10mm程度であったが、既燃ガスと火炎面に囲まれた未燃混合気塊の存在は今回は確認できなかった。

Research Products

• [Publications] 城戸 裕之: "群島状とフラクタル火炎面を有する予混合乱流伝ぱ火炎の構造モデル(第1報,モデルの確立と予測結果)" 日本機械学会論文集(B編). 57巻533号. 346-353 (1991)
• [Publications] 城戸 裕之: "群島状とフラクタル火炎面を有する予混合乱流伝ぱ火炎の構造モデル(第2報,火炎構造と燃焼速度との一般的関係)" 日本機械学会論文集.
• [Publications] 城戸 裕之: "乱流火炎構造と燃焼速度モデルの線図表示" 日本機械学会論文集.