| 研究概要 |
本研究は,実際上重要な高乱流不均一燃焼とその状況の下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.本年度は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,これまでに得られた知見に基づき主に次の事項について研究を実施した.
(1)多次元数値流体力学的シミュレーションに確率過程論的方法を組入れ,温度・濃度不均一と乱流混合に伴う変化を記述する方法を導いた.とくに,差分格子内の燃料質量分率の微視状態を確率密度関数で表すとともに,その保存式を有限階差,完全陰解法で計算できることを示した.
(2)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窒素酸化物の生成・分解反応過程を化学動力学の方法で検討し,迅速な希薄化および容積膨張に伴う温度低下による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.
(3)前年度に確立した相互相関PIVを噴流火炎内ガス流動解析に適用し,空間変動速度および渦度分布,渦対の発生と動きなどを詳しく観察することにより,燃焼・空気の乱流混合機構について検討した.その結果,火炎ではせん断境界近傍の空気取り込み渦の非定常な流動に伴って生じる渦対が混合の促進に重要であることと,そのさい局所的な温度上昇による層硫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などを明らかにした.
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