極高粘性流体用バーナの開発と噴霧特性に関する研究

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1.研究実施計画 (1)高速気流と高粘性液体ジェット流を衝突させ微粒化する方式のバーナを開発し、その噴霧特性を検討する。(2)気・液流の流動軌跡および渦流の流動解析を行う。(3)試作したバーナを燃焼装置に組入れ、燃焼特性に対するバーナ周辺装置および噴霧粒径等の影響を実験的・理論的に検討する。2.研究成果 上記(1)において、今回は高粘性流体の微粒化のみに終始し、約2000センチポアズ(水は1センチポアズ)の極高粘性液体の微粒化を内部混合形二流体ノズルにより可能にした。この場合液ジェット流は気流と対向し、微粒化し易く、しかも内部混合形であるため、気流のエネルギーが液体の微粒化に有効に使用されるという特徴を有する。その微粒化実験結果では、気液質量流量比(Ma/Me)が1以下でも容易に100μmの微粒子を得られることが分った。(2)気・液混相流の流動機構の解析では亜音速の気流中に液ジェットを噴出した場合の噴出流から分裂迄の軌跡を計算し、液ジェットの最適噴出角度及び気液流の最適相対速度の算出法を明確にし、合理的な噴霧装置の設計・操作法を与えた。(3)燃焼特性については、流動・伝熱に関する取り扱いの点で高粘性液体の適用は未だに困難であるため、低粘性液体燃料に限り燃焼の実験的・理論的な検討を行った。その際k-ε2方程式乱流モデルを解析に適用し、初期の微粒化特性を考慮すれば、燃焼特性が良好に推算できることを明らかにした。3.設備・備品の利用状況 微粒化特性の例として液滴の直径の分布および平均値が挙げられるが、これらは燃焼、乾燥及び調湿の各操作性能を左右する重要な因子である。従って、微粒化特性を正確に把握しておくために滴径を測定する場合が多く、而も本研究のようにバーナ開発の主たる調査項目である場合において本画像入力装置は、迅速に且つ正確に滴径を測定する上で不可欠であり、多用している。