高圧噴霧燃焼制御のための近臨界表面液ジェットの特性と乱流微粒化機構の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350510
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 梅村 章 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60134152)
• Keywords: 近臨界混合表面液ジェット / 表面張力波 / テーラー型不安定性 / 流体力学的不安定性 / 乱流微粒化 / 不安定性の励起過程 / 亜超臨界遷移 / 線形安定性解析

Research Abstract

乱流微粒化過程を実験的に調べるための装置を製作し計測技術を習得する共に、本研究を理論的に基礎付けるための理論的な考察と解析を行った。新たに得られた知見は以下の通りである。
噴霧形成による液体の表面積の爆発的な拡大は、流体力学的不安定性によってもたらされ、液糸を分断するレーリーの不安定性自体は液体の表面積の拡大には関与しないことが証明できた。このことより、噴射液がさらされる不安定性を線形安定性理論によって調べ、表面張力が関与するテーラー型不安定性と表面張力に無関係なブラジウス型不安定性が励起される剪断層厚みに違いがあることを見出した。ノズル出口近くに励起される不安定性がテーラー型不安定性であることより、効率的な微粒化を引き起こすにはテーラー型不安定性の励起が重要であると知れる。そこで、テーラー型不安定性の特性を解析的に詳細に調べて、近臨界混合表面液ジェットの実験で観察された現象と比較して、テーラー型不安定性が励起される仕組みと高圧化に伴う超臨界流体ジェットの不安定性への遷移の仕方を明らかにした。すなわち、噴射液の下流でブラジウス型不安定性が起きると、そこで生じた液面の変形の高波数成分が表面波として上流に伝播し・剪断層が薄くテーラー型不安定性の励起領域に達すると、表面変形が不安定化し、テーラーの不安定性が励起される。このようにして一度ノズル出口近くにテーラー型不安定性が発生すると、自然にフィードバック機構が形成されて定在的なテーラー型不安定性励起と非線形過程による液糸の形成と微粒化が可能になる。このテーラー型不安定性の励起機構の理解は、乱流微粒化技術を考える上で非常に有用である。

Research Products

• [Publications] 梅村 章: "近臨界混合表面液ジェットのテーラー型不安定性の研究"日本燃焼学会誌. 45・131. (2003)
• [Publications] A.Umemura, Y.Wakashima: "ATOMIZATION REGIMES OF A ROUND LIQUID JET WITH NEAR-CRITICAL MIXING SURFACE AT HIGH PRESSURE"Proc. Combust. Inst.. 29. (2002)