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2011 年度 実績報告書

レーザ加熱法を用いた火炎面曲率制御によるFlame Dynamicsの研究

研究課題

研究課題/領域番号 21360090
研究機関北海道大学

研究代表者

藤田 修  北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10183930)

研究分担者 中村 祐二  北海道大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (50303657)
伊東 弘行  北海道大学, 大学院・工学研究院, 助教 (30372270)
キーワード燃焼 / 予混合火炎 / 音響振動 / 不安定現象 / レーザ / 乱流火炎 / 火炎曲率 / ルイス数
研究概要

予混合火炎の曲率と不安定性の関係について、以下の2つの実験をH22に引き続いて実施した。
実験(1)エチレン空気予混合気(Le<1)を内径50mm、長さ450mmの伝播管に封入し、その一端に火花点火を行った後、着火端側からCO_2レーザを照射し、火炎の変形と管内音響振動の相互作用を調べた。
成果:火炎の変形がある臨界値を越えると音響振動場との相互作用により火炎先端に負の曲率(凹型形状)が現れ、これを切っ掛けとした火炎表面積および火炎伝播速度の急激な増大よる乱流燃焼への遷移が生じることがわかった。次に、レーザの照射方法を従来の連続照射から短時間照射へと変える実験を行った。これは、レーザにより予混合気へ与えたエネルギーを特定できるようにするためである。この実験から、レーザ強度を一定に保ち照射時間を少しずつ増加させていくと、火炎が乱流状態へ遷移する臨界照射時間の存在することがわかった。また、平面火炎に短時間照射を行った場合、火炎の中心に生じた変形は周辺へ向かって同心円上に伝播する挙動の生じることがわかった。さらに、伝播管内を燃焼速度の遅い混合気を下方に伝播させると、火炎表面にセル状火炎が生じるが、この火炎にレーザを照射することでセル状火炎を任意のタイミングで消滅させることができることから、本レーザ照射法がセル状火炎の発生消滅機構に対して有力な研究手段となることが示された。
実験(2)Leの異なるエチレン空気予混合気(Le<1およびLe>1)を一様流速で下方に噴出し平面火炎を形成する。その中心にCO_2レーザを照射した際の火炎の変形およびその後の不安定性進展の観察を行った。
成果:レーザを照射することで火炎を任意の形状に制御することができるが、この時の火炎伝播速度はLe<1の時の方が大きくなった。すなわち、レーザ照射により火炎に正の曲率を与えた場合、Leが小さい方がその不安定性がより大きくなると言える。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究はほぼ順調に推移している。火炎変形と音響振動の相互作用や平面火炎に生じる変形とLeの相互関係など、研究目標に掲げた項目に対し、着実に成果が得られていると考えている。

今後の研究の推進方策

計画に沿って実験を継続すると共に、既に公表済みの論文で提示している物理モデルに基づく数値的検討などを推進していく計画である。また、本年度は研究期間の最終年度であることから、種々の学会で可能な限り成果の公表を行っていく計画である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2011 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Transition of Flat Flames to Turbulent Motion Induced by External Laser Irradiation2011

    • 著者名/発表者名
      J.S.Park, O.Fujita, Y.Nakamura, H.Ito
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institution

      巻: Vol.33 ページ: 1105-1112

    • 査読あり
  • [学会発表] レーザ照射により曲率を与えた予混合火炎の非定常変形挙動に関する研究講演論文集2011

    • 著者名/発表者名
      高木一成, June Sung PARK, 伊東弘行, 中村祐二, 藤田修
    • 学会等名
      第49回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      慶應大学(横浜市)
    • 年月日
      2011-12-05
  • [学会発表] Instability of premixed flame propagating in a combustion tube2011

    • 著者名/発表者名
      Fujtia Osamu., June Sung Park, Yoshikazu Taniyama
    • 学会等名
      7^<th> SNU-HU Joint Symposium on Mechanical and Aerospace Engineering
    • 発表場所
      Seoul National University(Korea)
    • 年月日
      2011-11-18
  • [学会発表] Transition from Laminar to Turbulent Flame Induced by Laser Irradiation Method in a Propagation Tube2011

    • 著者名/発表者名
      Fujtia Osamu., June Sung Park, Yoshikazu Taniyama
    • 学会等名
      8^<th> International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      ホテルメトロポリタン仙台(仙台市)
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] Determination of the transition threshod from laminar flat flames to turbulent flames by a CO_2 laser irradiation method2011

    • 著者名/発表者名
      Park, J.S., Fujita, O, Taniyama, Y
    • 学会等名
      Proc.23rd International Colloquium on Dynamics of Explosion and Reactive Systems (23rd ICDERS)
    • 発表場所
      University of California Irvine(USA)
    • 年月日
      2011-07-26
  • [備考]

    • URL

      http://york-me.eng.hokudai.ac.jp/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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