| 研究課題/領域番号 |
08455100
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
熱工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (30170343)
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| 研究分担者 |
丸田 薫 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (50260451)
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| 研究期間 (年度) |
1996 – 1997
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| キーワード | 高圧燃焼 / 乱流燃焼 / 予混合燃焼 / 乱流計測 / 火炎安定 / 火炎構造 / Turbulent Burning Velocity |
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| 研究概要 |
本研究は、一定圧力・高圧雰囲気中にノズルバ-ナにより保炎された乱流予混合火炎に対して、乱流火炎構造の詳細な観察、乱れ強さ・乱流スケール等への圧力の影響と火炎構造との関係の解明、乱流燃焼速度に対する圧力の影響を明らかにすることを目的として実施された。混合気としては、メタン-空気、エチレン-空気、プロパン-空気混合気を用いた。その結果、以下のような知見を得た。
1)大気圧および高圧下では乱流特性の測定を行った結果、平均流速の増大と共に乱れ強さは増大するが、大気圧下では乱れの減衰が激しいため平均流速の小さい領域で乱れ強さの増大は緩やかとなった。高圧下では、平均流速のほぼ全域で乱れ強さは直線的に増大した。
2)高圧下で火炎構造は微細化・複雑化した。また、乱れの弱い領域(u'/S_L<1)においてS_T/S_Lはu'/S_Lとともに急激に増大し、3.0MPaのメタン火炎ではS_T/S_Lは最大30まで増大することが確認された。高圧下では、乱れの特に弱い領域でのS_T/S_Lの増大が著しく、これは火炎の流体力学的不安定性の効果が高圧下で著しいことが原因といえる。
3)高圧下におけるS_T/S_Lの増大率はプロパン火炎の方が、メタン火炎およびエチレン火炎よりも小さい。これは高圧における流体力学的不安定性による火炎面積の増大が、プロパン-空気混合気では大きなルイス数による熱・物質拡散相互作用によって抑制されるためと考えられる。
4)乱れ強さの広い範囲において、エチレン火炎に対するS_T/S_Lとu'/S_Lの関係はメタン火炎とほぼ一致する。一方、プロパン火炎の_T/S_Lはエチレン火炎およびメタン火炎に比較して小さい。
5)従来から提案されている_T/S_L、u'/S_Lおよび乱流レイノルズ数R_Lに関する一般関係が高圧火災に適用できるかを検討した結果、Abdel-Gayedら(1987)の一般関係と傾向は一致するが、本実験結果の_T/S_Lはそれより大きい値を示した。乱れの強い領域(u'/S_L>1.0)における_T/S_LにはR_Lに関する1/4乗則が見られ、Gouldin(1987)によるフラクタル理論に基づく乱流燃焼モデルと一致する。
6)本実験結果をu'/S_Lの全域で最も適切に表すことができる一般関係式はS_T/S_L∝[(P/P_0)(u'/S_L)]^nであり、その指数nは0.4に近いことが明らかとなった。
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