不活性な乱流火炎面からの局所消炎発生機構の解明

• 研究課題/領域番号: 11875055
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 城戸 裕之 九州大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50037959)
• 研究分担者: 中原 真也 九州大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20315112)
• 研究期間 (年度): 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1999年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 予混合乱流燃焼 / 火炎形状特性 / 火炎伝ぱ特性 / 消炎 / カーロビッツ数

研究概要

本研究では、混合気の希薄燃焼にも適応可能な予混合乱流燃焼モデルの作成の基礎とするため、層流燃焼速度を揃えた各種混合気に対して、レーザトモグラフ法により定容燃焼器内を伝播する火炎の断層写真を得、それを新規設備のパーソナルコンピュータで画像解析を行った。
火炎形状特性の解析から、少なくとも乱れの弱い領域では、層流燃焼速度を揃えた混合気の火炎表面積は、若干燃料の種類に依存するもののルイス数の影響はほとんど受けず乱れ強さに支配されていることがわかった。また、乱流火炎の挙動の解析から、火炎の局所的な形状特性により伝播特性に差異があることがわかった。即ち、新たに火炎面拡大に有効な活性な火炎部分と新たに火炎面拡大にほとんど関与しない不活性な火炎部分が存在し、前者が未燃ガス側に凸な火炎部分に、後者が既燃ガス側に凸な火炎部分に当たることが確認できた。この不活性な部分は、条件によるが、火炎進行とともに押しつぶされ既燃ガス部に筋状に残ったり消滅するのが観察された。さらに、2次元断面である火炎周長のうち未燃ガス側に凸な領域の占める割合は、当量比に対し依存性が見られるものの概ね既燃ガス側に凸な領域より大きいことがわかった。
次に、伸張による消炎の議論に利用されるカーロビッツ数を用いて、局所消炎の度合いの定量化を試みた。ここでは、既に研究者らが明らかにしている選択拡散効果量を考慮したカーロビッツ数Ka_Lを用いて、この消炎との関係を整理してみた。その結果、Ka_Lが増加するに従い火炎構造は変化し、Ka_Lが0.5付近を境に局所消炎の領域が急増し、Ka_Lが1.0付近で全体消炎に至ることが明らかになった。