定常燃焼の機構解明

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01627002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河野 通方 東京大学, 工学部, 教授 (60011194)
• 研究分担者: 角田 敏一 広島大学, 工学部, 助教授 (70034402) ; 小沼 義昭 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (40029179) ; 大竹 一友 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (80016427) ; 水谷 幸夫 大阪大学, 工学部, 教授 (80028993)
• キーワード: 気体燃料 / すす / 電界 / 熱放射 / 乱流拡散火炎 / 火炎構造 / シミュレーション / 横風

研究概要

定常の拡散燃焼について、すすの生成および乱れと放射などの効果について総括的な研究を進行中であり、以下のような成果が得られた。
対向型の拡散火炎について、燃焼場近傍のすす生成について詳細な研究を行い、その結果が従来のモデルでは説明できないことを明らかにし、新たなモデルを提案した。また、同火炎に電界を印加したときの効果を調べ、その特徴的な結果の機構解明を行いつつある。(河野)
拡散火炎中のすすを等速サンプリング法と3波長減衰法によって測定し、また、火炎軸上のガスが音速で吸引孔を通過する際のすすの粒子形状、寸法、ならびに、質量濃度の変化を光減衰法で調べた。その結果、質量濃度が3倍に増加するという結果を得た。また、放射伝熱が、拡散火炎の燃焼機構に及ぼす影響をシミュレーションによって明らかにした。(水谷)空間的に離れた2点の温度を、2本のレーザ光線を用いたレーリ散乱法により測定し、乱れの空間スケールを求めた。また、高速ビデオ撮影装置により、火炎のシュリーレン写真およびミー散乱による燃料流のレーザシート写真の撮影を行い、火炎の動的挙動を明らかにした。(大竹)乱流火炎の層流化現象をより詳細に把握し、かつこれを表現しうる乱流モデルを作成するために、まず均一温度の高温空気噴流について、ノズル流のレイノズル数を層流域から乱流域に渡いて大きく変化させ、その構造および乱れの挙動を測定した。ついで、測定で得られた噴流の挙動を統一的に表現しうる修正κ-ε乱流モデルを作成した。(小沼)一様空気流中へ垂直に噴出する噴流拡散火炎の構造を明らかにするために、レーザ流速計、熱電対およびガスクロマトグラフを用いてプロパン火炎内の流速、温度ならびに主要化学種濃度分布を測定した。その結果、一様空気流速の上昇とともに、火炎は小さくなり不輝炎領域が拡大すること。中間生成物が検出されないことなどが明らかにされた。(角田)

研究成果

• [文献書誌] 杉山元,謝林,河野通方: "対向流拡散火炎のすす生成に及ぼす酸素添加の効果" 日本機械学会論文集(B). 55. 3532-3537 (1989)
• [文献書誌] G.Sugiyama,M.Kono: "The controlling factor of soot formation rate in diffusion flames." Joint International Conference,A/N-J. 88-90 (1989)
• [文献書誌] 水谷幸夫,吉田智紀: "強ふく射場における希薄混合気の燃焼(層流ブンゼン火炎に及ぼす放射熱流束の影響)" 日本機械学会論文集(B). 55. 1749-1753 (1989)
• [文献書誌] 香月正司,水谷幸夫,小野裕司: "放射熱再循環を伴う燃焼器の数値シミュレーション" 日本機械学会論文集(B). 55. 3766-3771 (1989)
• [文献書誌] 伊藤英樹,水谷幸夫: "急速膨張流れにおけるすす粒子の挙動" 日本機械学会論文集.
• [文献書誌] 井田民雄,大竹一友: "乱流拡散火炎構造とその相似性に関する実験的研究" 日本機械学会論文集. (1990)
• [文献書誌] K.Ohtake,T.Ida: "Application of Rayleigh Scattering and LDV to the Study of Turbulent Diffusion Structures and Their Similarities" Fifth Int.Symp.on Application of laser Techniques to Fluid Mechanics. (1990)
• [文献書誌] K.Ohtake,K.Horiuchi: "Experimental Study of Turbulent Diffusion Flame Structures and Their Similarities" Tweny-Third Int.Symp.on Combustion. (1990)