燃焼室内乱流予混合伝播火災のフラクタル構造と未燃焼混合気の乱流特性

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452186
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 浜本 嘉輔 岡山大学, 工学部, 教授 (60025955)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉山 定見 岡山大学, 工学部, 助手 (80210780)
• Keywords: 燃焼 / 予混合燃焼 / 乱流予混合火炎 / 火炎構造 / レーザトモグラフィ / フラクタル / 可視化 / 密閉燃焼室内燃焼

Research Abstract

内径85mm,幅20mmの円板形状燃焼室へ,メタン-空気混合気(当量比φ=0.7,0.8,1.0,1.2)を接線方向に流入せしめて旋回乱流場をつくり,燃焼室中心にて電気火花にで点火し,伝播中の乱流火災断面像をレーザシート法により撮影し,サークル法を用いてフラクタル解析を行った.Nd ; YAGパルスレーザとCCDカメラにて撮影した時系列データの解析も行った。この場合の光源は,アルゴンイオンレーザである.得られた主な結果は次の通りである.
(1)点火直後の火炎面には乱流の影響があらわれず,ほぼ球形に伝播する.この時期の火炎面には明確なフラクタル性はみられない.その後火炎面は乱流の影響を受けて,フラクタル性をもつようになる.さらに,火炎伝播に従い,火炎面の凹凸が小さく分割されていき,凹凸の程度が激しくなり,インナーカットオフ値ε_iは小さくなってある一定の値,フラクタル次元D_3は大きくなって一定値に近づく,この結果は,CCDカメラによる一回ごとの実験データでも,高速度カメラによる時系列データでも同様に得られた.
(2)アウタ-カットオフ値ε_oは火炎の等価半径r_fにほぼ等しい.
(3)燃焼質量割合が同じになるときの質量燃焼速度,M_<bL>(層流)とM_<bT>(乱流)の比はフラクタル特性値を用いて次のように表される。
M_<bT>/M_<bL>=[L(ε_o)/(2πr_f)](ε_i/ε_o)^<2-D_3>,L(ε_o)=フラクタル輪郭曲線の長さ
(4)この関係と火炎伝播モデルを用いて,密閉容器内乱流予混合火炎をシミュレートすることができた.

Research Products

• [Publications] 浜本嘉輔: "乱流予混合伝播火炎のフラクタル特性" 日本機械学会関西支部第70期定時総会講演会講演論文集. 954-2. 181-183 (1995)
• [Publications] 章 忠: "乱流エントレインメニトモデルによる密閉容器内予混合燃焼の予測" 日本機械学会論文集(B編). 62(掲載予定). (1996)
• [Publications] 浜本嘉輔: "乱流予混合伝播火炎におけるフラクタル特性の時間的変化" 日本機械学会中国四国支部第34期総会講演会講演論文集. 965-1(発表予定). (1996)
• [Publications] 章 忠: "フラクタル燃焼モデルによる密閉容器内乱流予混合燃焼のシミュレーション" 日本機械学会 第13回内燃機関シンポジウム講演論文集. (発表予定). (1996)
• [Publications] 吉山定見: "エンジンシリンダ内乱流予混合火災のフラクタル特性" 日本機械学会 第13回内燃機関シンポジウム講演論文集. (発表予定). (1996)