| 研究概要 |
乱流拡散火炎は広く工業的に用いられており、地球環境保全のために低エミッション化ならびに燃焼の高安定化・高負荷化が強く望まれている。これまでに、燃焼温度、ガス流動、化学組成が実験的に調べられ、流動・化学反応モデルが検討されてきた。しかし、乱流拡散火炎の燃焼機構は解明されていない。本研究では、多数の光通信半導体素子を用いたシステムにより燃焼場の複数の測定点で燃焼温度とガス流動を同時に計測することにより、燃焼温度とガス流動の乱れの3次元空間相関の観点から乱流拡散火炎の詳細構造を明らかにしようとした。
(1) 燃焼温度とガス流速の多点同時計測システムの構成
現有の2色法(波長:800nm,950nm)を原理とする光ファイバー温度計2channelと現有のシート型2焦点レーザ流速計2台の信号処理系を結合し1台のパーソナルコンピュータに同時に取り込むシステムを構成した。基礎実験として、空気噴流中2点の流速をレーザ2焦点流速計2台により同時計測し、熱線流速計による計測結果と比較することにより、乱れの空間相関の計測を高精度で行うことができることを明らかにした。
(2) 乱流拡散火炎の計測
出口直径2.6〜4mmの円形ノズルに、レーザ流速計用シーディング(球状SiO_2、粒径1μm)を供給するための空気と燃料ガス(プロパンあるいは圧縮天然ガス(CNG))を供給し乱流拡散火炎を形成した。レーザ2焦点流速計の光センサであるフォトダイオード部にレーザ波長を中心波長とする狭帯域フィルターを取り付けることにより火炎の輝炎部においても流速計測を可能とした。火炎基部周囲空気を燃料ガスと同軸でガス速度の約0.5%の流速で吸込むことにより火炎の浮き上がりは20%程度改善される。このとき、火炎基部外縁近傍の乱れが増加すること、さらに火炎の安定化は火炎基部のすす濃度変動すなわち2色法におけるKL値変動の減少と関係づけられることを明らかにした。
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