乱れの時空間的変動スケールに着目した拡散火炎の燃焼特性解明に関する基盤研究

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K06181
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 末永 陽介 岩手大学, 理工学部, 准教授 (60413720)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 燃焼 / 拡散火炎

研究成果の概要

乱流拡散火炎の局所構造をモデル化した伸長円筒状拡散火炎を研究対象とした．酸化剤流速を正弦波振動させることで，流れの非定常性をモデル化した．エンジンの排気再循環技術の高度化に貢献するため，排気ガスに含まれるCO2とN2を燃料と酸化剤の希釈剤とした．次のことが明らかとなった．酸化剤流速の変動周波数の増加とともに，燃料流の速度勾配の変動振幅が増加し，火炎に流入する燃料の質量流束の変動振幅が増加する．そのため，燃焼反応と関係のある火炎輝度の変動振幅もまた，周波数の増加とともに大きくなる．CO2で希釈された火炎は，N2で希釈された火炎よりも火炎曲率の効果が顕著に現れ，火炎輝度の変動振幅がより大きくなる．

自由記述の分野

燃焼工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の燃料流と酸化剤流の速度を同位相で正弦波的に変動させたときの火炎の応答特性に関する研究では，速度の変動周波数が増加するにつれて，反応速度，火炎温度，発熱速度の変動振幅は単調に減少することが示されている．しかし，本研究のように酸化剤流の速度のみを正弦波的に変化させた場合，周波数の増加に対して，火炎輝度（反応の活発さ∝反応速度）の変動振幅が，速度の変化域における定常火炎のそれよりも大きくなるといった興味深い燃焼現象が見られ，考察することができた．さらに，火炎曲率の影響が希釈剤の種類によって異なることも示すことができたことは，学術的意義があり，エンジンを含む燃焼機器の開発においても意義がある．