| 研究概要 |
本研究は,燃焼学的に未開拓な高圧乱流燃焼の基礎現象解明を目指し,一定圧力・高圧雰囲気中に保炎された乱流予混合火災を研究対象とする。高圧下の乱流火災構造の詳細な観察,フラクタル特性値に対する圧力効果の調査,高圧下の乱流燃焼速度やフラクタルスケールに対する,乱流スケール・乱れ強さ等との関係を明らかにすることを目的とする。
本年度は,昨年度基礎技術を確立した火災の瞬時断面像撮影を行うOH-PLIF法を高圧乱流火災に適用し,燃焼メカニズムの解明に向けた本格的実験を行った。特に,乱流火災構造の微細化・複雑化を定量的に評価する手法として,OH-PLIF画像に対するフラクタル解析を行った。その結果,u'/S_Lが等しい場合,雰囲気圧力が高いほどフラクタル次元が大きい,すなわち火災構造が複雑化していることが数値的にも明らかになった。また,u'/S_Lの増大と共にフラクタル次元は増大するが,非反応乱流のフラクタル次元には達せず,依然として乱流構造だけでは火災構造が決定されないことが分かった。u'/S_Lが増大するとフラクタルインナーカットオフも低下するが,高圧であるほどその変化が小さく,u'/S_Lのほぼ全域でフラクタルインナーカットオフが一定であることが分かった。このときのフラクタルインナーカットオフの値と乱流スケールなど種々の特性スケールを比較したところ,最も相関が強いのが火災の流体力学的不安定性における擾乱成長率が最大になる特性スケールであることが明らかになった。この様な火災の流体力学不安定性の重要性は,乱れがほとんどない混合気流に対しても高圧下では明確な不安定性が発生しているという観測結果によって裏付けられた。本研究におけるこれらの発見は,高圧下の環境を用いることによって初めて明らかになったものである。
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