マイクロシュリーレン撮影,静電探針併用による予混合乱流伝ぱ火炎微細構造の解明

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61550165
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 城戸 裕之 九大, 工学部, 教授 (50037959)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中島 健四郎 九州大学, 工学部, 助手 (60037869)
• Keywords: 予混合燃焼 / 乱流伝ぱ火炎 / 火炎の微細構造 / シュリーレン擦影 / 画像解析 / 静電探針

Research Abstract

石油エネルギーの大部分は、各種動力源において燃焼過程を介して利用されているが、燃焼現象、特に実用上重要な乱流燃焼現象には、解明すべき多くの問題が残されている。その中でも、各種機関の熱効率向上や防災上の見地から重要な乱流燃焼の速さは、その伝ぱ火炎の微細構造と密接な関連を有する。本研究は以上のような観点から、予混合乱流伝ぱ火炎の微細構造と伝ぱ機構を、シュリーレン撮影と静電探針法を同時に用いることにより解明しようとするものである。
本年度は、あらかじめ乱れ強さ及び乱れの平均的な空間スケールを計測した乱流燃焼装置において、予混合乱流伝ぱ火炎のシュリーレン撮影とその画像解析を行った。シュリーレン撮影には、ダークポイントシュリーレンストップを用いた。実験では、混合気の層流燃焼速度を一定に保ち、層流火炎反応域厚さ及び乱れ強さをそれぞれ独立に変化させた。この場合、乱れ強さの変化に伴い、乱れの平均的な空間スケールも変化する。画像解析においては、シュリーレン縞模様の平均的な縞間隔と縞の厚さを、それぞれの条件につき計測し、解析を行った。解析によれば、未燃混合気の乱れのスケールは乱れ強さの増加に伴いわずかに大きくなるにも係わらず、火炎の平均的な縞間隔は逆に急激に小さくなる。これは、乱れ強さの増加に伴い乱流火炎反応帯厚さが厚くなり、そこに含まれる乱流火炎塊の数が急激に増加するためと考えられる。また、縞の厚さは層流火炎反応域厚さの増加に伴い厚くなることが明らかになった。
これらの実験と並行して、乱流火炎微細構造計測用の静電探針とその回路の作成を行い、乱流火炎に対するその出力特性の確認を行った。また、予混合乱流伝ぱ火炎の前面だけが、2方向から同時に観測できる乱流燃焼装置の作成も行った。