レーザー加熱法を用いた火炎面曲率制御による火炎不安定現象の研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18360095
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 藤田 修 北海道大学, 大学院工学研究科, 教授 (10183930)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 祐二 北海道大学, 大学院工学研究科, 助教授 (50303657) ; 伊東 弘行 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (30372270)
• Keywords: 燃焼 / 予混合ガス / ルイス数 / 火炎振動伝播 / 不安定現象 / レーザー / 乱流燃焼 / 火炎曲率

Research Abstract

エチレン空気予混合気を内径50mm、長さ450mmの伝播管に封入し、その一端からCO_2レーザーを照射すると同時に火花点火を行い、その後に生じる火炎伝播現象の観察を行った。エチレン混合気にCO2レーザーを照射すると、局所的な加熱の効果により火炎前縁の曲率を任意に制御することができる。この原理を活用し、火炎先端曲率と火炎伝播挙動の相互関係を調べた。具体的な実験変数としては、レーザー強度、レーザービーム径、混合気Le(ルイス数)である。
この結果、(1)レーザー照射強度の増加およびビーム径の減少(照射密度の増加)とともに伝播速度および火炎先端曲率が増大していくこと、(2)ビーム径を固定したときには一定のレーザー強度以上で、また、レーザー強度を固定したときは一定のビーム径以下で火炎の不安定現象が発生し、先端の伝播速度が時間的に変動する振動伝播現象の生じることが見出された、(3)この振動伝播現象は、混合気のLe(温度伝導率/不足成分拡散係数)により大きく影響を受ける。振動現象は、Le<1で明確に現れる傾向にあり、振動周期はLeが1よりやや小さい条件で小さくLeの減少とともに大きくなっていくことなどがわかった。
このような不安定現象が現れる機構について考察した結果、流体力学的不安定性あるいはLe<1の条件で現れる熱-物質拡散不安定性による曲率の増大効果と、その一方で現れる火炎伸張の効果による燃焼抑制の相互作用により引き起こされる可能性が示唆された。この結果については、2007年7月にフランスPoitiersで開催されるThe 21^<st> International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems (ICDERS)にて発表する。