乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造の解明と制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305015
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮内 敏雄 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50016664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小酒 英範 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50225413) ; 店橋 護 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40242276)
• Keywords: 乱流燃焼 / 予混合火炎 / マイクロ・スケール構造 / 直接数値計算 / レーザ計測

Research Abstract

近年の地球・都市環境問題を解決するには,高効率・低環境負荷燃焼器を開発する必要がある.地球規模の環境問題である地球温暖化を抑制するには,主要因である二酸化炭素の排出量を削減する必要があり,都市環境を保全するには窒素酸化物等の環境汚染物質の排出量を低減する必要がある.多くの実用燃焼器内の流れは乱流状態にあるが,乱流燃焼機構には未解明な点が数多く残されており,従来乱流燃焼機構自体を制御する試みはほとんど行われていない.そこで本研究では,詳細化学反応機構を考慮に入れた乱流予混合火炎の直接数値計算(DNS)と粒子画像流速計(PIV)及び平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)を組み合わせたレーザ計測を用いて乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造を明らかにし,それらに基づく乱流燃焼制御法を構築することを目的としている.本年度は,詳細化学反応機構を用いた水素・空気及びメタン・空気乱流予混合火炎のDNSによる乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造に対する乱流特性量の影響と回転乱流中での予混合火炎の伝播特性の解明及びOHラジカルとCHラジカルの同時PLIF計測を用いて乱流予混合火炎の火炎構造と燃焼騒音の関係を明らかすることに重点をおいて研究を行った.詳細化学反応機構を用いた水素・空気及びメタン・空気乱流予混合火炎のDNS結果から,乱流燃焼ダイアグラム上の領域における局所火炎構造,局所火炎構造とNO生成機構の関係,回転乱流中での火炎構造と乱流のコヒーレント微細渦の関係を明らかにした.また,OHラジカルとCHラジカルの同時PLIF計測を確立し,乱流スワールバーナーにおける局所火炎構造とレイノルズ数及び当量比の関係を明らかにするとともに,燃焼室内の圧力変動のうなりと局所火炎構造の間に関係があり,比較的低周波数の大域的な火炎構造の変化と燃焼騒音や振動燃焼の起源となる燃焼室内圧力変動の間に明確な相関があることを明らかにした.

Research Products

• [Publications] Tanahashi, M., Nada, Y., Ito, Y., Miyauchi, T.: "Local Flame Structure in the Well-Stirred Reactor Regime"Proc. Combust. Inst.. 29(in press). (2002)
• [Publications] Tanahashi, M., Li, Y., Choi, G.M., Miyauchi, T.: "Direct Numerical Simulation of Combustion-Induced Sound in Turbulent Diffusion Flames"9th Int. Conf. Numerical Combustion. 201-202 (2002)
• [Publications] Choi, G.M., Tanahashi, M., Li, Y., Miyauchi, T.: "Flame Structure and Kinetic Mechanisms in Hydrogen-Air Diffusion Flame"9th Int. Conf. Numerical Combustion. 407-408 (2002)
• [Publications] Choi, G.M., Tanahashi, M., Li, Y., Miyauchi, T.: "Verrification of Reduced Kinetic Mechanism by Hydrogen-Air Non-Premixed Flame Formed in Shear Layer"Thermal Science and Engineering. Vol.10, No.4. 43-44 (2002)
• [Publications] Tanahashi, M., Iwase, S., Siato, T., Miyauchi, T.: "Direct Numerical Simulations of Turbulence and Turbulent Combustion by Parallel/Vector Supercomputers"Russian Japanese Symposium Actual Problems of Computational Mechanics. (2002)
• [Publications] Tanahashi, M., Ito, Y., Fujimura, M., Miyauchi, T.: "Local Flame Structure in Hydrogen-Air Turbulent Premixed Flames"IUTAM Symp. Turbulent Mixing and Combustion. 269-277 (2002)
• [Publications] Miyauchi, T., Tanahashi, M., Nada, Y.: "Behavior of Turbulent Premixed Flame in the Well-Stirred Reactor Regime"China-Japan Workshop on Turbulent Flows. (2002)
• [Publications] Tanahashi, M., Nada, Y., Tsukinari, S., Saito, T., Miyauchi, T., Choi., G.M.: "Local Flame Structure of Turbulent Premixed Flames-DNS and CH/OH PLIF-"Proc. the 4th Symp. on Smart Control of Turbulence. 81-91 (2003)
• [Publications] Nada, Y., Tanahashi, M., Miyauchi, T.: "Local Flame Structure of H_2-Air Premixed Flames Propagating in Rotating Turbulence"Proc. the 6th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] Tsukinari, S., Saito, T., Tanahashi, M., Miyauchi, T., Choi., G.M.: "Estimations of the Heat Release Rate in Methane-Air Premixed Flames by CH-PLIF"Proc. the 6th ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] 崔敬民, 店橋護, 李曄, 宮内敏雄: "せん断流中に形成された水素-空気拡散火炎による簡略化学反応機構の検証"第39回目本伝熱シンポジウム講演論文集. 247-248 (2002)
• [Publications] 名田譲, 店橋護, 宮内敏雄: "回転乱流中を伝播する水素・空気予混合火炎の直接数値計算"第39回目本伝熱シンポジウム講演論文集. 249-250 (2002)
• [Publications] 月成俊介, 斎藤敏彦, 崔敬民, 店橋護, 宮内敏雄: "乱流燃焼制御のための局所火炎構造の計測"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. VII. 75-76 (2002)
• [Publications] 店橋護, 矢部健一, 宮内敏雄: "乱流予混合火炎の局所火炎構造と化学反応機構"日本機械学会第15回計算力学講演会講演論文集. 543-544 (2002)
• [Publications] 名田譲, 店橋護, 宮内敏雄: "水素・空気予混合火炎の局所構造に対する乱流特性の影響"日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 21-22 (2002)
• [Publications] 斎藤敏彦, 月成俊介, 崔敬民, 店橋護, 宮内敏雄: "OH/CH-PLIF計測による火炎構造の解明"日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 123-124 (2002)
• [Publications] 斎藤敏彦, 店橋護, 宮内敏雄: "乱流予混合火炎おける乱流強度と燃料種の影響"日本燃焼学会誌. 44巻130号. 35-44 (2002)
• [Publications] 名田譲, 店橋護, 宮内敏雄: "乱流予混合火炎の既燃ガス中に形成される未燃混合気塊の特性"第40回燃焼シンポジウム講演論文集. 3-4 (2002)
• [Publications] 齋藤敏彦, 店橋護, 宮内敏雄: "乱流予混合火炎の熱発生率に対する燃料種の影響"第40回燃焼シンポジウム講演論文集. 329-330 (2002)
• [Publications] 店橋護, 矢部健一, 宮内敏雄: "乱流予混合火炎における化学反応機構と局所火炎構造"第40回燃焼シンポジウム講演論文集. 1-2 (2002)
• [Publications] 店橋護, 月成俊介, 斎藤敏彦, 崔敬民, 宮内敏雄: "CH/OH PLIF計測による乱流火炎の構造解明"第40回燃焼シンポジウム講演論文集. 201-202 (2002)
• [Publications] 矢部健一, 店橋護, 宮内敏雄: "メタン・空気乱流予混合火炎の局所火炎構造と化学反応機構"第16回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (CD-ROM). (2002)
• [Publications] 店橋護, 菊田諭, 宮内敏雄: "メタン・空気希薄乱流予混合火炎のDNS"第16回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (CD-ROM). (2002)
• [Publications] 名田譲, 店橋護, 宮内敏雄: "水素・空気乱流予混合火炎の三次元構造と乱流特性"第16回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (CD-ROM). (2002)