乱流燃焼素過程としての歪を伴う火炎片の構造と動的挙動の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360111
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高城 敏美 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40029096)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木下 進一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70263209) ; 小宮山 正治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 講師 (40178372) ; 岡本 達幸 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40127204)
• Keywords: 火炎片 / 動的挙動 / 消炎 / 伸張率 / 選択拡散 / 非定常性 / 直接数値解析 / レーザ計測

Research Abstract

乱流火炎は歪みを受ける火炎片の集合と考えられ,歪みを受ける火炎片の構造と動的挙動を明らかにすることは乱流火炎の構造と特性の把握および合理的な解析手法の確立には不可欠である.このため,火炎歪を制御した下での火炎片の構造,消炎特性ならびに,局所消炎による火炎端を持つエッジ火炎の構造および動的挙動を火炎の正負の伸張率,曲率,選択拡散,非定常性,伸張率の局所性などの火炎をとりまく諸因子の影響と関連づけて実験および直接数値解析によって明らかにし,これによって乱流火炎の構造の理解と数値予測モデルのための基礎を確立することを目的とする.
次の実験と数値解析を行い,火炎の微視的構造と動的挙動を明らかにした.
(1)対向流層流拡散火炎を部分的に消炎させる,または未燃の対向流場の外側で点火することにより形成されるエッジ火炎を対象とした数値解析を行い,火炎先端が未燃側へ伝播する場合と消炎し後退してしいく場合とでエッジ火炎の構造が異なること,伸張率が上がるに従い燃焼速度が低下し,負値に至ることを明らかにした.
(2)メタン/空気予混合対向流平面火炎を対象とした数値解析を行い,伸長率の予混合火炎構造,燃焼速度および燃焼率への影響について調べた.また,異なる当量比の火炎についても調べた.
(3)同軸噴流の拡散火炎および逆拡散火炎に対し燃料または空気に音響励起による流速変動を与え,大規模渦を伴う火炎を形成し,レーリ散乱およびレーザ誘起蛍光による温度およびOH濃度の2次元分布計測により渦と火炎の干渉,特に渦による火炎の局所消炎現象の観測と特性を系統的に調べた.
(4)燃料流速を振動させて生じる大規模渦と干渉するH_2/N_2噴流拡散火炎の数値解析を行い,その動的挙動を評価した.特に非定常火炎の消炎開始時の伸張率が,定常火炎の消炎限界のそれと比べて大きいこと,消炎状態の位置が伸張率の極大点と一致しないことを示した.

Research Products

• [Publications] 小宮山正治: "大規模渦と干渉する拡散火炎の消炎"日本機械学会論文集(B編). 69巻・681号. 1296-1302 (2003)
• [Publications] Jing Li: "Structure and Propagation of Stretch Controlled Methane/Air Diffusion Edge Flame"Proceedings of the 4th Asia-Pacific Conference of Combustion. 79-82 (2003)
• [Publications] 李 晶: "火炎の伸張率を制御したメタン/空気拡散エッジ火炎の構造と伝播"日本機械学会論文集(B編). 70巻・690号. 525-529 (2004)
• [Publications] 李 晶: "伸張率を制御した予混合火炎の構造と燃焼速度および燃焼率"日本機械学会論文集(B編). 70巻・691号(掲載予定). (2004)
• [Publications] 木下進一: "大規模渦の干渉を受ける噴流拡散火炎の数値解析"日本機械学会論文集(B編). 70巻・691号(掲載予定). (2004)