| 研究概要 |
不均一燃焼は多くの燃焼機器や内燃機関の共通する燃焼形態であり、排気に含まれる有害汚染物質の低減が環境保全の視点から強く要望されている。本研究は,高乱流不均一状態の理解とその状況で局所的に発生する汚染物質の生成過程を実験的ならびに理論的に解明し,それらを抑制する手段を見出すことを目的として行ったものである.とくに,乱流拡散火炎におけるガス流動,乱れ,反応および発熱過程の解析と実用燃焼場での汚染物質生成の抑制について検討し,以下の事項を実施した.
(1)噴流および噴流火炎中に発生する乱れ渦をレーザーシート可視化画像により観察し、高温での動粘度低下に伴う乱れの減衰(層流化)および環状渦の生成とその作用を示すとともに,密度・圧力勾配による渦度生成(バロクロニック効果)を理論的に検討した。
(2)相互相関PIV(粒子画像流速測定法)によって,噴流の瞬時流速分布および乱れ特性量を求めるとともに、この方法が測定精度に優れ,乱流燃焼の解析に適することを示した.さらに,噴流火炎内ガス流動測定を行った結果,火炎ではせん断境界近傍での非定常な流動に伴って生じる環状渦が混合を促進するものの,そのさい反応領域では温度上昇による層流化が同時に進行するため,混合層の燃料側で発生したすすは層状に巻き込まれた紋様を保持したまま下流に輸送されることを明らかにした.
(3)2段燃焼および不均一燃焼場において過濃燃焼ガスが希薄化する際のNOxの生成・分解反応過程を化学動力学の方法で検討し,迅速な希薄化によるNOx低減作用,乱流混合および温度,濃度履歴による変化などを明らかにした.さらに,圧力・温度条件による主要反応経路の変化を調べた結果,ディーゼル燃焼の条件ではZeldovich機構が,ガスタービン燃焼では過濃ガス中のNH_3の寄与が重要となり,同時にNOがHNOに分解する反応が活発になることを示した.
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