乱流中に形成される超希薄層状予混合火炎の消炎

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750239
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 矢作 裕司 芝浦工業大学, 工学部, 講師 (60265973)
• Keywords: 予混合火炎 / 乱流火炎 / 消炎 / 希薄燃焼 / 内燃機関 / 火炎伸張 / ルイス数 / 対向流

Research Abstract

乱流中に形成される超希薄予混合火炎の消炎特性を明らかにするために、希薄予混合火炎と可燃限界以下の非常に希薄な混合気を衝突させた場合に形成される火炎を対象に、消炎限界およびよどみ流線上の速度分布など測定し検討を加えた。主な成果を以下に示す。
(1) 消炎限界には、混合気の種類や乱れの特性が大きく現れる。ルイス数効果により希薄な条件で燃焼強度が強められることが期待できるメタン/空気火炎では、超希薄な混合気でも高温の燃焼ガスに衝突する事により火炎安定領域を増加させることが可能となる。すなわち、一方の燃料濃度を減少させても、他方の燃料濃度を増加させることにより、燃焼を維持することが可能である。この傾向は乱れ強さを増加させるとさらに顕著に現れる。これに対して、燃焼強度が弱められるプロパン/火炎の場合では、可燃限界濃度以下の超希薄混合気は発熱反応を起こすことがなく、火炎安定性はほとんど向上していない。なお、目視による観察では、消炎はいずれの場合も上下の火炎が同時に消炎する。
(2) LDVを用いて消炎限界におけるよどみ流線上の速度分布を測定した結果、火炎帯近傍の速度勾配は、混合気の種類および濃度違いにより影響を受けることはほとんどないが、乱れの条件には、強く影響を受ける。乱れ強さが増加すると、勾配は緩やかになり、火炎帯は燃焼速度の増加によりノズル側に接近する。また、よどみ点の位置は上下の乱れの条件が同一の場合では、上下のノズルのほぼ中間にあり、燃料の種類や濃度に依存しない。しかしながら、乱れの条件が上下で異なる場合、すなわち片側が層流で他方が乱流の場合では、よどみ点は乱流側に大きくシフトする。

Research Products

• [Publications] 矢作裕司、竹内正雄: "対向流中に形成される超希薄予混合火炎の消炎と構造" 日本機械学会論文集(B編). 65・631. (1999)
• [Publications] 植田利久、土屋慶恭 溝本雅彦、矢作裕司: "壁面よどみ流中に形成される乱流予混合火炎火炎面挙動の時系列解析" 燃焼の科学と技術. (1999)
• [Publications] 矢作裕司: "高温加熱円柱後流に形成される二次元渦構造" 日本機械学会論文集(B編). 64・622. 1825-1831 (1998)
• [Publications] 矢作裕司、竹内正雄: "異なる燃焼強度の希薄予混合火炎の消炎特性" 第7回日本エネルギー学会大会講演要旨集. 83-86 (1998)
• [Publications] 竹内正雄、矢作裕司: "燃焼強度の異なる予混合気の相互作用に関する研究" 第36回燃焼シンポジウム講演論文集. 650-652 (1998)
• [Publications] 矢作裕司、植田利久 溝本雅彦、土屋慶恭: "よどみ流中に形成される乱流予混合火炎に関する研究(第10報)" 第36回燃焼シンポジウム講演論文集. 16-18 (1998)