地上場での球状火炎の模擬

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最近実験的に検討され始めたマイクロフレームとは,重力場でもその形状は球状を保つという特異な性質を有する拡散火炎である.一般に拡散火炎の輸送過程には,乱れなどの不安定性を引き起こす要因となる自然対流と物質拡散とが共存する.ところが,サイズに依存するのは前者のみであるので,ある限界サイズまで火炎が小さくなれば,いつか後者の大きさが前者のそれを超える条件が現れる.拡散現象が支配するマイクロフレームは,外部からの流れなどの外乱に強く,非常に安定した拡散火炎となるはずである.このような安定な拡散火炎は工業的にも利用価値は高く,その火炎構造,安定存在限界などを調べることは工学的見地から有用となる.また,科学的見地から言えば,無重力火炎との違い等,知られざるマイクロフレームに対する興味は尽きない.初年度にあたる平成11年度では,まずは微量な流量を制御できる流量計を組み込んだマイクロバーナを作成し,マイクロフレームの形成される条件を求めた.次に,独自に計算コードを開発し,数値解析によりマイクロフレームの無重力火炎との違いについて詳細な検討を行った.その結果,重力の有無に関わらず火炎形状は似ているが,自然対流による火炎基部への酸素流入が顕著に認められ,両者の安定限界は異なることが推測された.この結果の一部は,第37回燃焼シンポジウム(千葉,1999年12月)にて発表され,この成果をもとに他の研究者達との意見交換が行われた.今回使用した反応モデルは単純な総括一段反応であるため,様々な反応物に依存する火炎基部構造を正確に表してはいない.今後は多段の化学反応機構を用いて検討することを考えている.