火星大気用ジェットエンジン燃料としてのMg及びAlの低圧下での着火・燃焼特性

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452100
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Technology
• Principal Investigator: 湯浅 三郎 東京都立科学技術大学, 工学部, 教授 (60123147)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 登 東京都立科学技術大学, 工学部, 助手 (50099363) ; 磯田 浩 大妻女子大学, 社会情報学部, 教授 (80012186)
• Keywords: 惑星大気 / ジェットエンジン / 二酸化炭素 / 低圧 / 着火 / 燃焼 / アルミニウム / マグネシウム

Research Abstract

今年度は、A1に対するこれまでの実験結果からその着火・燃料機構の解明を試み、またMgに対しては雰囲気圧力と速度を変化させたときの自発着火限界温度の測定及び着火・燃焼過程の観察を行なった。その結果、以下の新たな知見を得た。
(1)初期反応膜を有しないAlが自発着火するか否かは、着火初期過程での反応膜形成の有無によって決まる。その形成は表面からのAl蒸気の無次元吹出し速度によって支配され、それが臨界速度を越えたときに着火することができる。
(2)Alは、AlOやAl_2O_3、COを生成するAl蒸気とCO_2との対向流拡散火炎を形成して燃焼する。凝縮相物質Al_2O_3は淀み点領域に沿って生成され、金属表面からのAl蒸気の吹出し速度があるため表面には堆積しない。AlOは表面に拡散して液体Alと反応して気体のAl_2Oを生成する。またCOも表面に拡散するが、液体Alとは反応しない。従って表面反応膜は形成されず、火炎はAl表面上に一様に広がり、安定で拡散火炎となる。
(3)Mgの自発着火温度は約800〜900℃の範囲にあるが、雰囲気圧力が下がるとともに低下し、淀み流流速には殆ど影響されない。
(4)Mgの着火過程では、液体Mg表面上に反応膜がまず形成される。この反応膜は完壁な保護性は有せず、Mg蒸気とCO_2との反応は反応膜を介して持続でき、その膜上に多くの“泡"を形成する。表面反応による温度上昇に伴い泡内部のMg蒸気圧が高くなり、泡の張力を破った個所で局所・間欠的に着火が気相で起こる。
(5)Mgは、Alと同様にMg蒸気とCO2との拡散火炎を形成して燃焼する。しかしその火炎は、Alの場合とは異なり間欠的・局所的に形成される。
(6)Mg表面上に形成される反応膜はMgOと炭素からなっており、炭素の生成はCOと液体Mgとの反応によってもたらされる。

Research Products

• [Publications] S.Yuasa, et al.: "Ignition and Combustion of Aluminum in Carbon Dioxida Streams" The 24th International Symposium on Combustion,The Combustion Institute. 1817-1825 (1992)
• [Publications] 湯浅 三郎,磯田 浩: "二酸化炭素流中のMgの着火・燃焼に及ぼす圧力の影響" 第30回燃焼シンポジウム前刷集日本燃焼学会. 139-141 (1992)
• [Publications] 十河 桜子,湯浅 三郎: "酸素・窒素流中におけるアルミニウムの着火・燃焼特性" 第30回燃焼シンポジウム前刷集日本燃焼学会. 142-144 (1992)
• [Publications] 湯浅 三郎: "二酸化炭素中における金属の燃焼" The Inter(研究論文集′93),UPU. 157- (1993)
• [Publications] 湯浅 三郎: "二酸化炭素を酸化剤とする燃焼ー火星大気用推進機関の可能性ー" エネルギー・資源 エネルギー・資源学会. 14. (1993)