2004 Fiscal Year Annual Research Report
高解像時系列光学計測とグリッドDNSによる乱流予混合火炎の階層構造の解明
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15206023
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮内 敏雄 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50016664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
店橋 護 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40242276)
小酒 英範 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (50225413)
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| Keywords | 乱流燃焼 / 予混合火災 / 階層構造 / レーザ計測 / 時系列計測 / 直接数値計算 / グリッド・コンピューティング |
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| Research Abstract |
各種燃焼器の高効率化と低環境負荷化の実現は,近年問題となっている地球・都市環境問題の解決に必要不可欠である.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,乱流燃焼機構自体を効率よく制御することによる実用燃焼器の高効率・低環境負荷化を行う試みは殆ど行われていない.本研究では,詳細化学反応機構を考慮に入れたグリッド・コンピュータによる直接数値計算(DNS)及び高解像度時系列粒子画像流速計(PIV)とOHラジカル及びCHラジカルの高時間分解能平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)を組み合わせた光学計測を用いて乱流予混合火炎の階層構造を明らかにし,それらと以前の研究で明らかにした乱流火炎のマイクロ・スケール構造に基づく制御法を組み合わせることにより,高レイノルズ数乱流予混合火炎の制御法を構築することを目的としている.平成16年度は,乱流予混合火炎の階層構造とマイクロ・スケール構造の関係を明らかにすることに重点をおいて研究を行った.DNSによる数値的研究では,水素・空気乱流予混合火炎及びメタン・空気乱流予混合火炎の三次元DNSを行い,フラクタル解析を導入することで,乱流予混合火炎の階層構造とマイクロ・スケール構造の関係を検討した.乱流予混合火炎の火炎面のフラクタル次元は2.3〜2.5であり,これらはレイノルズ数、当量比及び燃料種に大きく依存しない.火炎面のインナーカットオフは燃焼条件に依存するが,マイクロ・スケールにおける乱流の微細渦と火炎厚さの関係を考慮することで整理できる.光学計測による実験的研究では,高レイノルズ数乱流予混合火炎の火炎面の動的特性を直接計測するために,ダブルパルスCH PLIF計測法を開発し,ダブルパルスCH PLIFの結果から直接火炎面の移動速度を求めることが可能であることが明らかとなった.
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