| 研究概要 |
本研究では,パイロット火炎を使わないで乱流火炎を安定化できる二次元燃焼風洞を用いて,同一流れ形態・同一流速条件下で組織構造に支配される二種の乱流拡散火炎を形成させ,燃料供給速度変動方式と平面スピーカ方式の二系統の励起手法で音響的に卓越性の異なる火炎を安定化した.これらの火炎に対して排気ガス組成の平均濃度分布および変動温度などの燃焼特性の実験的測定を行い,基礎となる非燃焼流れ場の流動特性と比較・検討した.これにより,流れと火炎の相互干渉過程に及ぼす音響励起の効果を把握し,燃焼制御および騒音低減の可能性を調べた.また,PIV法による非燃焼場および燃焼場の流れの挙動の画像計測の可能性をも検討した.得られた結果は,以下のように要約することができる.
(1)回転ミラーを用いたバイアス速度の付加により速度ベクトルの方向の判別が可能となることを明らかにし,パターン認識・速度ベクトルの算出・誤ベクトルの除去・データの補間から成るPIV法のアルゴリズムを構築することができた.これにより,逆流と燃焼を伴う反応性乱流場の画像計測も可能であることを示した.
(2)燃料供給速度変動方式と平面スピーカ方式の二種類の励起法ともに,流れ場に固有の組織構造の卓越性を増すことができるが,前者の励起方式の方が小さい音響入力で効果的な励起を与えることが種々の可視化計測から明らかとなった.
(3)励起強度の増加とともに組織構造火炎のスケールの均一化,火炎の局在化,燃焼領域の縮小がみられ,反応促進による燃焼強度の増大と温度上昇が得られた.その結果,火炎中心領域およびその下流でNO_xとCO_2濃度は増加しCOとHC濃度は減少する.ところが,組織構造火炎下流域では,周囲空気の強い巻き込み作用に起因する冷却効果のためCOとCH濃度が増大する.しかし,NO_x,CO,HCの総排出量は減少し,音響励起による顕著な排ガス浄化が伺われる.
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