| 研究概要 |
本研究では,予混合燃焼における実際上,火炎伝播速度が過大になる問題がある水素予混合気において局所的に燃料過濃領域および希薄な領域となるような濃度不均一の混合気を形成し,そのなかを火炎伝播させることによって燃焼を制御することを試みる.すなわち,同じ総括当量比であっても分布特性を変化させることによって燃焼速度を上昇あるいは抑制して,制御することが可能となる.このような燃焼を実現するには,とりわけ燃焼時の混合気分布が重要となることから,本年度はおもにレーザ計測および数値解析の手法を用いてこれらのことを明らかにするために以下のような研究を行った.
1. 水素非定常噴流の局所濃度分布のレーザ計測
点火・燃焼特性に大きく影響する要因である混合気濃度の定量計測を目的とし,高圧の定容容器中に水素を噴射して形成される噴流の燃料濃度を,アセトンをトレーサとするレーザ誘起蛍光法を用いて計測し,燃料濃度の定量化を試みた.さらに,得られた燃料濃度の瞬時分布および,アンサンブル平均,変動値などの統計量を既報の燃焼実験と比較することで,燃料濃度分布と点火安定性,燃焼過程について考察した.その結果,噴流内部にφ=1.5～3.5の混合気が形成され,そこに点火すれば急激燃焼となる.一方,噴流境界付近にはφ=0.5～1.5の可燃混合気が比較的広く分布しており,これらの混合気から燃焼させることによって急速燃焼を抑制できる可能性を示した.
2. 水素非定常噴流における自着火燃焼過程の数値解析
高温・高圧中に噴射された水素噴流の混合気形成および自着火燃焼過程をラージエディーシミュレーションに3ステップ自着火燃焼モデルを組み合わせて解析を行った.その結果,噴流の発達過程については実験を記述できること,噴流中に間欠的に空気が導入された領域で自着火が生じ,その後噴流外縁に高温部が広がること等が明らかになった.
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