| 研究課題/領域番号 |
04650173
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| 研究種目 |
一般研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
梅村 章 山形大学, 工学部, 教授 (60134152)
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| 研究分担者 |
八木田 幹 山形大学, 工学部, 教授 (90016428)
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| 研究期間 (年度) |
1992 – 1993
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| 研究課題ステータス |
完了 (1993年度)
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| 配分額 *注記 |
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
1993年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
1992年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
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| キーワード | 超臨界圧 / 噴霧燃焼 / 数値シミュレーション / モデリング / 液滴燃焼 / 遷移現象 / 気化時間 / 燃焼時間 / 最小蒸発時間 / 簡易予測式 / 噴霧 / シミュレーション / 物理モデル / 模擬実験 / 遷移条件 |
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| 研究概要 |
超臨界雰囲気中に置かれた単一燃料液滴の燃焼過程の数値シミュレーションを行い、燃焼特性の物理を明らかにした。また、純粋蒸発問題において、液滴の蒸発時間の圧力依存性を調べた結果、所与の雰囲気温度に対して雰囲気圧を燃料の臨界圧から上げていった場合、液滴が雰囲気に晒された瞬間に液滴表面の熱力学的状態が混合系臨界点に達する雰囲気圧力で最小気化時間が達成されるが判明した。雰囲気温度を上げると、最小気化時間を与える圧力の値は減少し、燃料の臨界圧力に近づく。火炎の存在は、蒸発問題で雰囲気温度を上げることに等価であるから、燃料の臨界圧力に一致する雰囲気圧で液滴の最小燃焼時間が起きるという数値計算結果ならびに実験結果と合理的に繋がる亜→超臨界蒸発遷移に係わる輸送特性の明確な物理像が確立できた。最小気化時間を与える雰囲気圧の簡易予測式を構成した。液滴の蒸発モードは、(1)亜臨界域(液滴の生涯を通して表面が存在する)(2)超臨界域(始めから連続的相変化が起きる)およびその間の(3)遷移域(途中で亜→超臨界蒸発遷移が起きる)の3種類に分けられ、これらの領域を分ける雰囲気および初期液滴条件を明らかにした。
亜臨界域での液滴の群蒸発・燃焼に関する一般的な特性を理論的に明らかにした。噴霧の蒸発・燃焼モードが個別的になるか集団的であるかは、局所的な噴霧の数密度と気液密度比によって判定でき、その関係式を定式化した。それによれば、圧力の上昇によって非定常性は増すが、液滴間干渉は効かなくなることがわかる。また、超臨界蒸発すいている液滴に対しても、物質の拡散能力が低下して火炎半径が縮小するので、各液滴の影響距離が短くなり、結局、高圧下では独立な液滴の集合体として噴霧を取り扱うことができることがわかった。手持ちの噴霧燃焼シミュレータではラグランジェ的に膨大な数の霧粒の運動が追跡できる。このプログラムの特性を活かし、低圧系噴霧燃焼シミュレータを高圧系へ転換するために、非定常な液滴の蒸発燃焼過程を旨く取り込む新しい数値計算方法を考えだした。各液滴の蒸発燃焼特性を簡単な数式で表す簡易モデルの構成を行った。他方、高圧下では表面張力の低下あるいは消失による液滴の変形や、蒸発速度と共に吹き出し速度が大きくなり、力学的側面での寄与が重要になってくるので、これに関する基礎的な研究を行った。実験では、連続的相変化を行っている霧滴を想定して、液体中に液体を単発的に噴射したときの非定常噴流の測定っって、渦による混合の有効性を確かめた。また、噴流先端距離の時間的変化を調べ、新しいべき法則を見いだし、物理的解釈を与えた。
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