剛体スワ-ル中の遠心力場における火炎挙動に関する光学的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550180
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 小野 信輔 九州大学, 工学部, 教授 (80037738)
• 研究分担者: 川野 英昭 九州大学, 工学部, 助手 (30037915) ; 花田 邦彦 九州大学, 工学部, 助手 (30037874) ; 村瀬 英一 九州大学, 工学部, 助教授 (60150504)
• キーワード: 遠心加速度 / スワ-ル / 消炎 / 火炎伝播 / 火炎伝播限界 / ルイス数 / 対流運動 / 層流化

研究概要

エンジン燃焼室内に生じるスワ-ルでは乱れなどによって燃焼促進効果があるが、強すぎると遠心加速度などの影響によって燃焼阻害が起こる場合がある。本研究では、円筒燃焼室全体を回転させ慣性系からみて完全剛体渦をつくり、旋回流動における遠心加速度の影響のみを分離し、実機スワ-ル中の火炎伝播挙動に及ぼす影響をモデル化した実験によって調べた。中心点火では既燃・未燃域の力学的不平衡により減速・消炎する事を明らかにした。また、その原因ひとつとして、既燃部・末燃部の角運動量の保存を仮定すると境界面近傍にせん断流れの形成が推測できるが、レ-ザシ-ト法による観測から未燃域にせん断流場が生じることが分かった。主な結論はつぎの通りである。(1)中心から伝播する火炎では、急激な熱膨張のための未燃、既燃部の力学的不平衡により、火炎の発達が阻害され伝播の減速や条件によっては消炎に至る。(2)その原因は圧力差のために生じる流動による相対的伝播の遅れや未燃、既燃境界に生じるせん断流れによる伝播阻害などが考えられるが、後者による火炎域の擾乱が主なものと考えられる。(3)せん断流れの大きさは旋回速度や火炎半径に大きく依存する。(4)消炎には、火炎の構造に関係する予熱帯厚さ、ルイス数、燃焼速度等の影響もある。(5)偏心点火の火炎伝播過程では、遠心加速度が大きいほど火炎半径は小さいまま中心へ速く移動する。移動過程では非対称となるために火炎域での擾乱は複雑となるが、乱流火炎域の層流化を経て対称火炎となった後、伝播過程は中心点火の場合と同様な経過となる。移動中の火炎広がり速度と移動速度の関係によって消炎限界が決まる傾向があり、その比が大きいほど消炎傾向は顕著になる。主として中心移動に減速消炎作用を受けるので、比較的伝播初期より影響を受ける中心点火の場合と異なり、消炎半径は大きくなるが、燃焼持続時間はほぼ同じである。

研究成果

• [文献書誌] 小野 信輔,他: "剛体渦中の火炎挙動と伝播限界について" 第29回燃焼シンポジウム. 256-258 (1991)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "遠心力場における消炎と火炎構造" 可視化情報学会誌. Vol.11Sー2. 127-130 (1991)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "予混合火炎の伝播過程に及ぼす回転流れ場の影響" 自動車技術会秋季学術講演会. 912ー3. 125-128 (1991)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "プラズマジェットの拡がりと点火特性" 自動車技術会論文集. 22ー4. 29-34 (1991)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "回転流れ場における予混合火炎の挙動" 九州大学工学集報. 63ー6. 687-693 (1990)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "遠心加速度場における火炎挙動(混合気特性と火炎伝播限界)" 日本機械学会九州支部講演文集. No.918ー2. 72-75 (1991)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "遠心加速度場における予混合気の火炎伝播限界" 第28回燃焼シンポジウム. 46-48 (1990)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "ハニカム形触媒による希薄混合気の燃焼特性" 九州大学総合理工学研究科報告. 12ー2. 207-213 (1990)
• [文献書誌] 村瀬 英一,他: "Plasma Jet Ignition in Turbulent Lean Mixture" SAE Transaction. 98. (1990)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "遠心力場における火炎の挙動" 第27回燃焼シンポジウム. 205-207 (1989)
• [文献書誌] 小野 信輔,他: "Combustion Enhancement by Plasma Jet Ignition in Lean mixtures" JSME International Journal Journal SーII. 32ー4. 666-672 (1989)
• [文献書誌] 村瀬 英一,他: "The Effects of Plasma Jet Ignition in Turbulent Lean MethaneーAir Mixture" Memoirs of Faculty of Engineering Kyushu University. 49ー4. 125-141 (1989)