レーザ応用画像計測による乱流拡散火炎片の瞬時特性解析

乱流燃焼場では流速やスカラー量(温度,化学種濃度)が空間的に不均一かつ時間的に変動するため,その燃焼場の構造を理解するためには直接流速とスカラー量の2次元瞬時分布測定が要求される.本研究では,(1)まず,レーリ散乱画像流速測定法に基づく温度と流速の2次元同時測定法の検討を行った.レーリ散乱と粒子からのミー散乱は入射レーザ光と波長が同じであり,波長による区別が困難であるため,ここではレーリ散乱の代わりにレーザ誘起蛍光を用いた.非燃焼場の2流体の乱流混合場を対象とし,流体中に蛍光剤と散乱粒子を同時に混入し,レーザ誘起蛍光を用いてその蛍光強度から2枚の瞬時平面濃度分布と,ミー散乱法を用いて散乱粒子の強度分布とを瞬時同時に測定を行った.蛍光強度のむらの移動量を相互相関により算出し,流速ベクトルを求める方法と粒子の移動量から流速ベクトルを求める方法(PTV法)による実験結果を比較し,両者の速度ベクトルがおおむね対応すること,また対応しない位置での速度ベクトルも相互相関の参照マトリクスの大きさを変えることで改善される場合が多いことを示した.(2)次に,レーリ散乱画像流速測定法とレーザ誘起蛍光法を組み合わせ,OHからの誘起蛍光像と2枚のレーリ散乱強度像を瞬時同時に測定し,温度,化学種濃度及び速度ベクトルの2次元分布同時測定を可能とした.また,火炎面(OH最高濃度から求めた反応帯)に沿った歪み速度を速度ベクトルとOH濃度分布から求めた.この測定法を用いて,乱流拡散火炎内での火炎温度およびOH濃度と歪み速度の関連性を明らかにした.

乱流燃焼場では流速やスカラー量(温度,化学種濃度)が空間的に不均一かつ時間的に変動するため,その燃焼場の構造を理解するためには直接流速とスカラー量の2次元瞬時分布測定が要求される.本研究では,(1)まず,レーリ散乱画像流速測定法に基づく温度と流速の2次元同時測定法の検討を行った.レーリ散乱と粒子からのミー散乱は入射レーザ光と波長が同じであり,波長による区別が困難であるため,ここではレーリ散乱の代わりにレーザ誘起蛍光を用いた.非燃焼場の2流体の乱流混合場を対象とし,流体中に蛍光剤と散乱粒子を同時に混入し,レーザ誘起蛍光を用いてその蛍光強度から2枚の瞬時平面濃度分布と,ミー散乱法を用いて散乱粒子の強度分布とを瞬時同時に測定を行った.蛍光強度のむらの移動量を相互相関により算出し,流速ベクトルを求める方法と粒子の移動量から流速ベクトルを求める方法(PTV法)による実験結果を比較し,両者の速度ベクトルがおおむね対応すること,また対応しない位置での速度ベクトルも相互相関の参照マトリクスの大きさを変えることで改善される場合が多いことを示した.(2)次に,レーリ散乱画像流速測定法とレーザ誘起蛍光法を組み合わせ,OHからの誘起蛍光像と2枚のレーリ散乱強度像を瞬時同時に測定し,温度,化学種濃度及び速度ベクトルの2次元分布同時測定を可能とした.また,火炎面(OH最高濃度から求めた反応帯)に沿った歪み速度を速度ベクトルとOH濃度分布から求めた.この測定法を用いて,乱流拡散火炎内での火炎温度およびOH濃度と歪み速度の関連性を明らかにした.