実用乱流場におけるボルテックス・バースティングへの実験的アプローチ

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650201
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 大岩 紀生 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (00023341)
• Keywords: 乱流予混合火災 / 乱流燃焼速度 / ボルテックス・バースティング / 平面せん断流 / コヒーレント構造 / 音響励起 / 円柱格子乱流 / 群島状火炎

Research Abstract

本研究では、実用乱流場におけるボルテックス・バースティング(V-B)を解析する火炎形態に(1)組織構造を伴う平面予混合せん断流に安定化された火炎、(2)組織構造の渦中心あるいは渦間で火花点火された伝播火炎、および(3)微小直径の円柱列後流の擬乱流場で火花点火された伝播火炎の3種を選定した。(1)と(2)ではイメージ・インテンシファイアー(I.I)を装着した高速度ビデオカメラによる光学的観察を、(3)ではI.Iを装着したカメラと同期する4連のキセノン・フラッシュを用いた一万コマ毎秒の高速度光学観察を主として実施した。なお本研究では、一つの現象を直交する2方向から同時に観察する手法を考案することにより、現象の多角的で詳細な考察を可能にした。本年度の成果は、それぞれ、以下のように要約される。
(1)保炎器からせん断層領域へ発達する火炎に、組織構造の間隔とほぼ等しい間隔で突出する火炎構造が存在する。また平均的な火炎角度が、同じ流速条件下の一様混合気流中における角度より大きく、渦列におけるV-Bにより火炎の伝播速度が加速される。
(2)組織構造の渦中心で点火した場合、点火点を中心に渦管軸に沿う伝播(V-B)が明確に観察される。また渦管と渦管の中間点で点火した場合、まず隣接する渦管の巻き込み作用によって伝播速度が加速され、その後V-Bによる渦管軸方向の伝播速度に加速効果が現われる。これにより、火炎伝播の加速機構に対して、渦管軸方向のV-Bのみならず、渦周方向の巻き込みに起因する加速効果も同時に加味する必要がある。
(3)単一スケールの渦管からなる擬乱流場において、火花点火直後の定常伝播に移行するまでの遷移火炎の伝播挙動を観察した。その結果、非定常遷移火炎に対する渦の強い冷却効果が群島状火炎の出現範囲を拡大する。
以上の研究成果は、3編の国内学会(既発表)と1編の国際学会(発表予定)において公表されている。

Research Products

• [Publications] 石野洋二郎,大岩紀生 ほか2名: "円柱格子後流における火花点火乱流予混合火炎の挙動"第38回燃焼シンポジウム講演論文集. 113-114 (2000)
• [Publications] 石野洋二郎,大岩紀生 ほか2名: "平面せん断層に形成される渦管群における火花点火予混合火炎の伝播方向特性に関する研究"第38回燃焼シンポジウム講演論文集. 175-176 (2000)
• [Publications] 石野洋二郎,大岩紀生 ほか3名: "組織構造を伴う平面予混合せん断流中に安定化された火炎の伝播"日本機械学会東海支部第50期総会講演会講演論文集. No.013-1. 335-336 (2001)
• [Publications] Y.Ishino,N.Ohiwa and S.Yamaguchi: "An Experimental Approach to Vortex-Flame Interaction Using Coherent Structure in a Premixed Plane Shear Layer"Proc.2nd Int.Symp.on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP2). No.135,1-6 (2001)