Premixed turbulent combustion characteristics taking into account the relative scales of flame and turbulence

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26820056
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 早川 晃弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (90709156)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 乱流燃焼 / 予混合燃焼 / 火炎のスケール / 乱流スケール / 高圧燃焼

Outline of Annual Research Achievements

ガソリンエンジン筒内における燃焼のような，火炎が非定常に伝播する予混合乱流火炎の乱流燃焼速度は火炎が伝播するにつれて，すなわち乱流火炎のスケールが大きくなるにつれて大きくなる．そこで本研究では，バーナー火炎のような定常火炎において，火炎のスケールが変化した際に乱流燃焼速度特性がどのように変化するかについて検討を行った．まず，大気圧下においてガソリンのサロゲート燃料の一つと考えられるイソオクタンを燃料としてイソオクタン／空気予混合乱流火炎を形成し，当量比を変化させた際の乱流燃焼特性について検討した．その結果，燃料希薄条件においては，当量比が大きくなるにつれて乱流燃焼速度と層流燃焼速度の比は小さくなった．燃料過濃条件においては，熱－拡散効果の影響が顕著に現れ，鋭いカスプが数多く現れる複雑な形状となった．このカスプ先端においてはOH-PLIFの蛍光強度が著しく低下したことから，局所消炎が現れている可能性がある．次に，メタン／空気予混合乱流火炎を対象として，火炎スケールならびに圧力を変化させた際の乱流燃焼特性について検討を行った．この際，火炎スケールは口径の異なるノズルバーナーを用いて変化させた．本研究で用いたノズルバーナー口径は14 mm, 20 mm, 40 mmおよび60 mmである．また圧力は0.1 MPa, 0.3 MPaおよび0.5 MPaとした．また，3種類の乱流発生板を用いて乱れを発生させた．その結果，大気圧下において，発生させる乱れが最も弱い乱流発生板を用いた場合の乱流燃焼速度は，同じ主流速条件において，14mm，20mm，60mmとバーナーサイズが大きくなるにつれて大きくなった．これは，バーナーサイズが大きくなるにつれて火炎面に大きなスケールの凹凸が生じ，火炎面積の増加率が大きくなったためであると考えられる．