安定な噴流浮き上がり火炎形成のための支配因子の選定とその最適条件

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17760154
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 廣田 光智 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50333860)
• Keywords: 熱工学 / 可視化 / モニタリング / エネルギー効率化 / 省エネルギー / 浮き上がり火炎 / レーザー計測

Research Abstract

同軸噴流バーナを用いたメタン・空気噴流浮き上がり火炎を対象に,実験と数値計算を行った.未燃混合気濃度分布と火炎形状,流速分布,ラジカルの分光測定を行い,以下のような結果を得た.
まず,レイリー散乱法,アセトンPLIF(平面レーザ誘起蛍光法)を用いて火炎前縁において燃料濃度分布を測定した.また数値計算を行い,比較した.これらの結果は比較的良く一致した.特にアセトンPLIFにおいて,自然蒸発と温度制御を行ってアセトンを気体に混入する手法により,層流の浮き上がり火炎を定在させたまま計測の濃度分解能を高くすることができ,有効であることがわかった.次に,この計測の有効範囲を示すために,アセトン添加の影響をラジカルの分光計測から検討した.分光計測によって観測される主なラジカルの種類はアセトン添加の有無にかかわらず,同様であった.またアセトン添加によって後流側のC2及びCHラジカル発光強度が増加し,浮き上がり高さが変化した.ただし火炎先端のOH発光強度は変化しなかった.アセトン添加の燃焼速度に及ぼす影響を,ブンゼンバーナにおける角度法によって確かめ,添加の有無によって差がないことがわかった.これらのことからアセトン添加は火炎後流の特性と定在位置に影響するが,火炎先端の特性には影響が小さいことがわかった.さらに,トレーサ粒子としてシリコンオイル液滴を用いたPIV(粒子画像流速測定法)を行い,火炎前縁の速度分布を測定した.火炎前縁は従来の研究と同様に流線が曲げられ,火炎最上流端に流入する速度が減速された.またその流入速度は火炎端の曲率が大きいほど小さいことがわかった.また総括的な火炎伸張率は曲率が大きいほど大きく,流れの発散による伸張効果よりも曲率による伸張効果の方が大きいことがわかった.