| 研究概要 |
乱流火炎における局所燃焼速度は局所火炎面における曲率と伸張の影響を受け,層流燃焼速度から変化することが知られている.そこで,局所燃焼速度と曲率および伸張率との関係を求め,モデル化することを目的として本研究を実施した.本年度は,まず,乱流火炎中での局所火炎面の曲率分布を求めることを目的に研究を実施した.
定積燃焼容器および可視化火花点火機関において燃焼室内を伝播する乱流予混合火炎の断面構造を撮影した.これらの画像から火炎の形状を抽出し,火炎面の曲率を計測する方法を検討した.火炎は任意の領域で切取り,3次関数を用いて最小二乗法にて近似曲線を求め,その曲線から曲率を算出した.しかし,解析する領域を変化させると火炎の曲率は大きく変化することがわかった.また,解析範囲を小さくしすぎると,画像のもつ量子化誤差により,正しい曲率が得られないことが判明した.解析範囲としては火炎のしわ構造の最小スケールの大きさを選択する必要があることがわかった.以上のことを考慮して,それぞれの実験装置において火炎面の曲率分布を測定し,その平均値を求めた.乱れが強くなると,未燃焼ガスに凸の火炎面の数が占める割合が減少し,既燃焼ガスに凸の火炎面の占める割合とほぼ同程度になり,分布の形状はほぼ軸対称となるごとがわかった.また,曲率の平均値の逆数として求めた平均曲率半径は乱れに関係して変化することがわかった.しかし,容器内の燃焼とエンジン内での燃焼では同じ相対乱れ強さ(乱れ強さを層流燃焼速度で除したもの)であっても,エンジン内での乱流火炎の方が平均曲率半径は小さくなっていた.そこで,混合気密度を用いて整理を行ったところ,混合気密度と相対乱れ強さを用いて表すと,ほぼ統一的に整理できることがわかった.
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