| 研究概要 |
乱流中での予混合火炎の局所消炎機構を解明し,これらを精度良く予測可能な乱流燃焼モデルを開発することは,高効率・低NOx実用燃焼器の開発において非常に重要である.本研究では,詳細化学反応機構と物性値・輸送係数の温度依存性を考慮に入れた乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,乱流中での予混合火炎の局所消炎機構等を明らかにすることを目的としている.本研究では,一様等方性乱流中を伝播する水素・空気乱流予混合火炎及びメタン・空気乱流予混合火炎の二次元及び三次元直接数値計算を行った.水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算結果から,未燃予混合気を予熱した場合,曲率及び接線方向の歪み速度に対する局所熱発生率の増加率は低下することを明らかにした.また,水素・空気乱流予混合火炎におけるNOxの質量分率は,乱流運動の影響により火炎面近傍では局所的に異なるが,平均的には層流の場合とほぼ一致することを明らかにした.さらに,乱流のcoherent微細構造は,火炎面の近傍で火炎面に対して垂直な構造を持ち,乱流中での火炎面の形状を複雑化させることを明らかにした.また,乱流のchoerent微細構造は火炎内部にまで侵入し,局所熱発生率を増加させる.炭化水素を燃料とした場合,火炎近傍で生成されるPrompt NOが重要となる.当量比1のメタン・空気乱流予混合火炎の直接数値計算から,乱流中でのPrompt NOの生成量は火炎面における局所熱発生率と密接に関連しており,Prompt NOの生成速度と局所熱発生率の間には線形関係が成り立つことを明らかにした.当量比1の場合,局所熱発生率は既燃側に凸で強い伸張を受けた火炎片ほど大きいため,Prompt NOの生成速度についても既燃側に凸で強い伸張を受けた火炎片ほど大きくなる.
|
