Triple Flame形成のための最適濃度勾配条件と火炎特性

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750130
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 廣田 光智 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50333860)
• Keywords: Triple Flame / 濃度勾配 / ラジカル自発光強度 / 火炎構造 / 部分予混合火炎 / ヒステリシス / レーリ散乱法 / PIV

Research Abstract

本研究は乱流燃焼の安定化に重要な要素となる部分予混合燃焼の火炎端(Edge Flame)特性の把握とその最適燃焼条件を示すことを目的としている.この火炎端前縁には燃料と酸化剤の部分的な混合領域が存在し,Triple Flameと呼ばれる錨型形状となる.この火炎に対して実燃焼器内を模擬して濃度勾配を不均一に変化させることで火炎特性の変化を観察し,火炎端の安定性に最適な燃焼条件を明らかにする.
本年度は,まずPIV(粒子画像流速測定法)とレーリ散乱法を用いた火炎面前方の流れ場及び濃度場の測定から火炎面曲率と局所燃焼速度について検討した.その結果,初期混合気流速及び燃料濃度勾配の組み合わせが異なる場合でも形成される火炎の曲率が等しい揚合には火炎面直前における局所の沸れ場及び濃度場は同一で,この曲率が等しければTriple Flameの局所燃焼速度は同一であることがわかった.次にこの濃度勾配を時間的に変化させて形成されるTriple Flameの応答を観察した.その結果,濃度勾配が緩やかな状態から急な状態へ変化する場合と,その逆の変化では,Triple Flameはヒステリシスを有する挙動を示した.これは火炎先端部付近の流れ場構造の変化によるもので,火炎の移動経路の長さが異なることが原因である.この火炎に対して16化学種25素反応を考慮した数値計算を行い検討した結果,濃度勾配が急な状態でOHラジカルが少なくなり,中間生成物のホルムアルデヒドが過濃側火炎面で多く排出されることがわかった.これは前年度の火炎発光から観察されるOHラジカル発光強度の結果とも対応している.このように濃摩勾配中の火炎は,急な濃度勾配よりも比較的緩やかな濃度勾配を維持することで燃焼強度が強い火炎形態を実現できるが,濃度の時間変化に対して安定状態へ戻りにくい構造であるため,制御が必要であることがわかった.

Research Products

• [Publications] 廣田 光智, 松尾亜紀子, 溝本雅彦: "Triple Flameにおける予混合火炎の火炎特性"日本機械学会論文集(B編). 69巻677号. 177-184 (2003)
• [Publications] 永井良卓, 廣田光智, 溝本雅彦: "Triple Flameの燃焼速度に及ぼす火炎面曲率の影響"日本機械学会論文集(B編). 70巻691号(印刷中). (2004)
• [Publications] 廣田光智, 溝本雅彦, 升谷五郎: "濃度こう配の時間的変化に対するTriple Flameの応答"日本機械学会論文集(B編). 70巻691号(印刷中). (2004)