単分散噴霧火炎構造の重ね合わせによる噴霧燃焼解析手法の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24760165
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 潤 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (70550151)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 噴霧火炎 / 微粒化 / すす / 多環芳香族炭化水素

Outline of Annual Research Achievements

本年度は単分散噴霧構造の重ね合わせによる噴霧火燃焼解析手法の開発を目的として，実験および直接数値計算を用いた研究を行った．実験研究では，燃料流量，供給空気比および平均粒径などの噴霧特性を一定とした噴霧火炎に対して，希釈ガスによる噴霧火炎への影響を明らかにすることを目的とした．層流対向流バーナを用いて，酸素，窒素混合気条件（窒素条件）および燃料，酸素，二酸化炭素混合気条件（二酸化炭素条件）の２つの酸化剤条件中に形成される噴霧火炎に対して，すす生成特性および中間生成物である多環芳香族炭化水素の生成領域をレーザー誘起赤熱法およびレーザー誘起蛍光法を用いた同時計測を行った．本実験において，噴霧火炎中のすすおよび多環芳香族炭化水素の二次元同時計測法の確立に成功した．また，二酸化炭素条件では，希釈ガスの物性による温度低下に起因して，すす生成量の減少および多環芳香族の生成領域の縮小が観察された．
一方，直接数値解析を用いた研究では，単分散の重ね合わせによる噴霧火炎特性を表現することを目的とした．実験と同様の場に対して，平均粒径が同一で，単分散，二峰性，三峰性，多分散と粒度分布が異なる燃料噴霧が形成する噴霧火炎の直接数値解析を行った．結果として，中心軸上の温度分布および燃料蒸気料より，多分散噴霧と比較して二峰性噴霧，三峰性噴霧では微小粒径の蒸発・燃焼による温度上昇を過剰に見積もる傾向があることが明らかとなった．本研究の目的である，各粒径の単分散噴霧による計算結果の重ね合わせを用いた多分散噴霧の噴霧火炎構造の表現に対しても同様の傾向が現れることが示されており，単分散噴霧による火炎構造を用いて多分散噴霧を表現する場合には，小粒径の蒸発量を考慮する必要があることが明らかとなった．