二相乱流火炎の構造解明と数値予測手法の確立

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噴霧燃焼の過程と火炎構造を明確にし,それらを予測できるようにすることによって,最適燃焼様式の確定と燃焼制御を可能とすることを目的として研究を行い,次の結果を得た.(1)噴霧の流動と分散の特性について,位相ドップラ法とミー散乱を用いて液滴の速度,粒径,通過頻度を測定した結果から,主方向は円錐液膜の母線よりもかなり内側に向いていることが前年度で明らかになっていた.今年度はその原因が液膜の表面張力と液膜内外の圧力差によることが明かとなり,これにより液膜の形状と液滴の主方向を予測できた.また液膜の存在によって空気流が大きく影響を受け,液滴の分散を変化させることがわかった.このようなノズル近傍の条件を現実の状況に対応させることが良い数値予測を得るのに不可欠であることがわかった.(2)噴霧の燃焼を数値予測するため,CO,H2の中間生成物を含む反応モデルを作成した.これを用いて乱流拡散火炎の数値計算を行い,実験をかなりよく予測できることを示した.これに基づき,噴霧燃焼の数値計算を行い,着火,燃焼,混合状況などを予測した.(3)パルスレーザレーリ散乱を多点同時検出することによって,温度の空間瞬時分布を測定し,乱流拡散火炎における乱れと温度波形の関係を調べた.温度変動波形の特徴や,乱れが増すにつれて最高および平均温度が低下する現象が見いだされた.(4)層流拡散火炎を素反応を用いた反応動力学と多成分拡散を考慮して数値解析した.とくに多成分拡散係数について,近似式を用いない方法によった.熱および成分の選択拡散によるエンタルピーやH2濃度の過不足が生じ温度の超過や減少が生じることを示した.また,火炎の曲率の影響,流速の影響等も明らかになった.