| 研究概要 |
本研究では,高温・高圧下における水蒸気希釈および二酸化炭素希釈メタン予混合火炎の層流燃焼速度を測定することを目的とする.高温・高圧下おいて層流燃焼速度測定を行う際,火炎の固有不安定性により測定は困難となる.そこで,水蒸気および二酸化炭素が固有不安定性に対しどのような影響を持つのかを調査する目的で,詳細反応機構であるGRI-Mech 3.0を用いて層流燃焼速度の数値計算を行い,その結果を基にSivashinskyの線形理論を用いて不安定性の擾乱成長率を計算し,希釈率と不安定性の関係について調べた.一般的に,混合気のルイス数(=α/D,α:温度拡散率,D:物質拡散係数)が減少するにつれ不安定性の擾乱成長率は増大するが,水蒸気希釈を行った際,ルイス数が減少するにもかかわらず,擾乱成長率は減少することがわかった.これは,水蒸気希釈の際の燃焼速度減少の度合いが大きいことに起因する.また,二酸化炭素については,希釈率増大に伴い最大擾乱成長率を示す初期擾乱波数は減少するものの,擾乱成長率自体は増大することがわかった.これらの結果から,高温・高圧下における層流燃焼速度の測定は,水蒸気においては比較的高い値である体積分率10〜30%の希釈率が,また,二酸化炭素においては比較的低い値である体積分率5〜10%程度の希釈率が妥当であることがわかった.
また,水蒸気希釈を行うに際し,水蒸気を安定して供給することのできる蒸気発生装置が必要となる.その第一段階として,液体用マスフローメーターを購入し,蒸気供給系の整備を行った.また,本研究における測定条件のような比較的少ない水蒸気流量では,水の表面張力の影響により蒸気の発生は断続的となってしまう場合が多い.この問題を解決するため,毛細管現象を応用した水蒸気発生装置を新たに作成し,水蒸気供給量の安定性についての検証を行った.その結果,小流量である水蒸気量においても,安定して水蒸気を供給できることを確認した.
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