乱流燃焼の機構解明とそのモデリングに関する基礎的研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650189
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 香月 正司 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029292)
• Keywords: 乱流燃焼 / 予混合火炎 / 火炎構造 / 希薄燃焼 / 燃焼反応モデル

Research Abstract

地球規模のエネルギー問題と環境保全を考えるとき,燃焼エネルギーの有効利用と燃焼排出物の低減を両立させる方法を確立することが必要で,このためには,燃焼機構の解明と制御法の確立が不可欠である.
予混合燃焼では,乱流運動の時間スケールと化学反応の時間スケールの大小関係により火炎の基本構造が変化するが,両者の比(ダムケラー数)が小さい条件を作り出すのに,乱れの時間スケールを短縮する方法と,化学反応の時間スケールを増大する方法が考えられる.二つの方法によって出現する火炎構造を詳細に観察すれば,化学反応と乱流運動の関わりが明らかとなり,さまざまな反応強度の素過程と乱れの影響の組み合わせによる燃焼の制御に関する知見が得られる.また,この結果を広く応用するためには,モデリングが必要かつ不可欠である.
本研究では,上記二つの火炎構造の比較解明を行うと同時に,そのモデリングを提案し,乱流燃焼の解明とその制御の基礎を確立しようとするものである.本年度は以下の点が明かとなった.
1)希薄混合気の採用による反応強度の低い場合の火炎構造を詳細に観察した結果,乱れが弱くても当量比が希薄になるにつれ,火炎構造はしわ状層流火炎構造から分散反応領域構造に変化することが分かった.
2)火炎中に存在するラジカル(OH,CH,C2)からの局所発光強度測定とその統計解析から,反応領域の詳細な構造を解明し,乱れの時間スケールを短縮する方法と,化学反応の時間スケールを増大する二つの方法によって出現する火炎構造が類似であることが分かった.
3)乱流混合と化学反応強度を考慮に入れ,局所の乱れに依存して両者の比率が変化する乱流予混合燃焼モデルを開発し,実験に対応する条件でのシミュレーションを行った結果,従来の予混合燃焼モデルの欠点を大いに改善できることが分かった.

Research Products

• [Publications] 高橋 丈雄,香月 正司 水谷 幸夫: "希薄乱流予混合火炎の微細構造と燃焼機構" 日本機械学会論文集(B編). 58. 929-936 (1992)
• [Publications] 香月 正司,水谷 幸夫 安田 俊彦,吉田 哲之: "乱流予混合火炎における乱れと混合(第3報,乱流燃焼反応モデル)" 日本機械学会論文集(B編). 58. 2261-2267 (1992)