| 研究概要 |
本研究では、燃焼により誘起されるボルテックス・ブレイクダウン現象について、PIVと光増幅光学装置付き高速度ビデオカメラの同時測定を行い,その詳細を実験的に調べた.渦としては渦輪を用い,大気圧下での実験と密閉容器内での実験の二つに分けて系統的に行った.
大気圧下での実験では,特に厳密に火炎速度と最大周速度の関係左求め,火炎速度は概ね最大周速度に等しいがものの,最大周速度の増加に伴い火炎直径は減少し,渦核直径より小さくなると,火炎速度が最大周速度を下回るようになること,火炎先端には渦芯に沿って軸速度が誘起され,その速度は最大周速度にほぼ等しいこと,を明らかにした.また,渦核の直径が,火炎が到達する以前から徐々に増加し,火炎通過後は理論混合気で2倍程度増加すること,また,それに伴って最大周速度は減少すること,なども明らかになった.
一方,内燃機関など実用燃焼器に供するための基礎的知見を得ることを目的に密閉容器内で渦輪の燃焼を行い,渦輪の燃焼を用いると,渦輪を用いない場合に比べ,点火から最大圧力に達するまでの時間が短縮され,かつまた,その最大到達圧力も定容燃焼の理論値に近づくこと,初期圧が高くなっても,浮力による火炎伝播の阻害にうち勝って,渦芯に沿って火炎が円滑に移動し,燃焼速度の遅い希薄混合気でも最大圧力に達するまでの時間が一定に制御できること,まだ,その最大到達圧力も定容燃焼の理論値に近づけることができること,などが明らかになった.
以上,本研究により,渦という流体力学的な要素を用いて,内燃機関の燃焼の高速化・高出力化を図ったり,円滑な火炎移動操作により異常燃焼であるノッキングを抑制したりするなどの可能性があるこどが裏付けられた.
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