局所火炎形状の最適化による予混合乱流燃焼促進に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750174
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中原 真也 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (20315112)
• Keywords: 予混合乱流燃焼 / 火炎形状 / 局所燃焼速度 / 選択拡散効果 / マークスタイン数 / レーザトモグラフ法 / 不活性ガス

Research Abstract

本研究では,まず層流燃焼速度S_<LO>を0.15または0.25m/sに揃えた燃料/酸素/不活性ガス混合気を実験的に作成し乱流燃焼速度特性を調べた.燃料にはメタン、エタン及び水素を、不活性ガスにはN_2,He, Ar及びCO_2を使用した.その結果,まず従来の主な乱流燃焼速度モデルによれば同一S_<LO>の混合気であれば同一乱れ強さu'での乱流燃焼速度は概ね等しくなるはずであるが,不活性ガスの種類によって差異が観察できた.即ち,同一条件での乱流燃焼速度S_rは,N_2に比較してCO_2の場合では高く,Heでは著しく低下する.また,CO_2添加によるS_rの向上は,当量比φが大きくなるほど,水素混合気より炭化水素混合気の場合に顕著に表れる傾向にあった.
初年度となる本年度は,S_<LO>が0.25cm/sとした燃料/酸素/不活性ガス混合気に対してu'が0.35m/s程度で瞬間及び連続2次元火炎断層写真の撮影を行い火炎形状特性及び局所燃焼速度特性について検討した.瞬間火炎断層写真では,燃料を水素とし各種不活性ガス混合気を対象に検討を行った.火炎形状特性として火炎表面積及び局所火炎曲率を算出したところ,N_2に比べ,火炎表面積に関してはCO_2で若干大きくなる傾向が見られたが,そのφに依存性したS_Tの増加率特性を説明できるほどでなかった.また,He添加混合気では著しく表面積は低下していた.さらに,火炎曲率は,N_2に比較して,CO_2では若干大きく,Heでは著しく小さくなる傾向にあった.このことから,曲率半径が大きいものほどS_Tが増大する傾向にあることがわかった.一方,連続火炎断層写真では燃料の種類に着目した実験を行った.直接的に火炎の伝ぱ速度から概算した局所燃焼速度に相当する値は,水素及びメタン混合気では,希薄なほど,プロパンでは過濃なほど増加する傾向にあり,水素混合気は炭化水素系混合気に比べてその値が大きくなる傾向にあった.これらの傾向は,乱流燃焼速度特性と一致する.

Research Products

• [Publications] H.Kido, K.Nakashima, M.Nakahara, J.Hashimoto: "An Experimental Study on the Local Configuration of Premixed Turbulent Flame"Proc. of COMODIA 2001. 238-244 (2001)