分子選択拡散効果の応用による予混合乱流燃焼促進手法の開発研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450087
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 城戸 裕之 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (50037959)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中原 真也 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (20315112) ; 中島 健四郎 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (60037869)
• Keywords: 予混合乱流燃焼 / 局所燃焼速度 / 火炎形状 / 選択拡散効果 / レーザトモグラフ法 / 不活性ガス

Research Abstract

本年度は,層流燃焼速度S_<LO>を揃えた燃料/酸素/不活性ガス混合気に対して乱流火炎の形状・伝ぱ特性の観測・解析を引き続き実施するとともに,混合気の分子拡散特性の差異による火炎性状・強度について静電探針法により評価を行った.
不活性ガスの種類が乱流火炎性状・強度に与える影響を評価するため,静電探針を用いてメタン/酸素/不活性ガス(N_2,Ar及びCO_2)予混合火炎を対象に検討を行った.その結果,火炎強度に比例する値と思われる最大イオン電流値I_<max>に興味深い傾向が見られた.即ち,CO_2添加混合気は,同一条件での乱流燃焼時のI_<max>が層流燃焼時に比べ増大する傾向にあるものの,他の不活性ガスではその様な傾向は見られなかった.これは,他に比べCO_2添加混合気では,乱流燃焼時の選択拡散効果により乱流燃焼場を支配する未燃ガス側に凸な領域の火炎強度が向上するためである.
一方,主に燃料の種類(水素,メタン及びプロパン),当量比及びS_<LO>が局所火炎形状及び局所伝ぱ特性へ及ぼす影響を評価するため,燃料/酸素/窒素混合気を対象に瞬間及び連続乱流火炎断層写真を撮影した.その結果,得られた平均局所燃焼速度に相当する値S_<F,m>は,水素及びメタンでは希薄な混合気ほど,プロパンでは逆に過濃な混合気ほど増加する傾向にあり,同条件ではS_<LO>の増大に伴い減少する傾向にあることが確認できた.この傾向は,選択拡散効果により説明でき,S_<F,m>がこの効果を定量的に評価する指針になることがわかった.また,局所火炎曲率を算出したところ,水素混合気及びCO_2添加混合気では,他に比べ小さくなる傾向にある.
本研究により,選択拡散効果を定量的に評価できる指標として局所火炎形状及び局所燃焼速度を火炎断層写真から直接的に得る手法を概ね確立できた.さらに,乱流燃焼速度特性を向上させるには,混合気を構成する反応物の分子拡散特性に注目することが不可欠であることが明らかになった.

Research Products

• [Publications] H.Kido, et al.: "Experimental study on the configuration and propagation characteristics of premixed turbulent flame"JSAE Review. Vol.22, No.2. 131-138 (2001)
• [Publications] H.Kido, et al.: "Experimental Study on Turbulent Burning Velocities of Two-Component Fuel Mixtures of Methane, Propane and Hydrogen"Proc.of the Third Asia-Pacific Conference on Combustion. 299-302 (2001)
• [Publications] H.Kido, et al.: "An Experimental Study on the Local Configuration of Premixed Turbulent Flame"Proc. of COMODIA 2001. 238-244 (2001)
• [Publications] H.Kido, et al.: "Turbulent Burning Velocities of Two-Component Fuel Mixtures of Methane, Propane and Hydrogen"JSME International Journal. (予定). (2002)