乱流のコヒーレント微細構造と予混合火炎の相互作用

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本研究では,詳細化学反応機構を考慮に入れた水素・空気乱流予混合火炎およびメタン・空気乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,乱流のコヒーレント微細構造と予混合火炎の相互作用を明らかにし,乱流予混合火炎の微細構造を明らかにすることを目的としている.本年度は,乱流強度及び乱流特性長さが異なる水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,それらの結果から乱流予混合火炎の微細構造に与える乱流強度と乱流特性長さの影響を明らかにすると共に,詳細化学反応機構を考慮に入れた直接数値計算をメタン・空気乱流予混合火炎及びプロパン・空気乱流予混合火炎に拡張し,それらの結果から乱流予混合火炎の局所構造に対する燃料種の影響と炭化水素を燃料とした乱流予混合火炎における局所的な窒素酸化物の生成速度と火炎構造の関係を検討した.乱流強度と乱流特性長さの異なる水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算結果から,乱流燃焼タイアグラムにおけるdistributed reaction zoneとwell stirred reaction zoneの火炎形態を明らかにした.また,メタン・空気及びプロパン・空気乱流予混合火炎の直接数値計算結果から,局所的な窒素酸化物の生成速度は乱流と火炎の相互作用により局所的に変動する熱発生率と密接に関連しており,局所熱発生率が高く火炎面に対して接線方向に伸張を受けた火炎要素ほど窒素酸化物の生成速度は大きくなることを明らかにした.さらに,水素,メタン,プロパン等と燃料種が異なっている場合においても,火炎面の曲率や火炎面に作用する接線方向歪み速度と局所熱発生率の関係は大きく変化せず,燃焼過程で生成される水素原子と酸素原子の空間分布が局所火炎構造を決定することを明らかにした.