火炎と渦の相互作用に関する研究

本研究では,火炎と渦の相互作用を明らかにし,乱流燃焼の素過程に関する知見を得ることを目的としており,研究は拡散火炎と予混合火炎に分けることができる.拡散火炎と渦の相互作用に関する研究においては,始めに一段階不可逆反応を用いた反応性圧縮性混合層の直接数値計算を行い,対流マッハ数が混合層の発達に及ぼす影響を明らかした.また,化学反応に伴う発熱が混合層の発達・反応生成に与える影響を検討し,発熱がある場合混合層の発達,反応生成ともに制御され,この傾向は対流マッハ数の増加とともに顕著になることを明らかにした.これら一段階不可逆反応の場合をもとに,本研究では水素・酸素拡散を伴う反応性圧縮性混合層の直接数値計算を行った.化学反応機構としては,9化学種21素反応からなる水素・酸素燃焼に関する詳細化学反応機構を用いた.その結果,水素,酸素拡散火炎を伴う混合層においては,混合層内の大規模渦構造の発達にBaroclinic torqueが大きな役割を果たしており,これにより渦の発達が抑制されることが明らかとなった.さらに,化学反応の可逆性により反応速度は比較的低温であるブレイド領域(大規模渦構造の中間領域)において大きな値を示すことが明らかにされた.予混合火炎に関する研究では,スペクトル法と高次精度差分法を用いた水素・酸素予混合火炎の直接数値計算が行われ,完全非反射境界条件を用いることにより予混合火炎の高精度数値解法を構築することが可能であることが明らかにされた.

本研究では,火炎と渦の相互作用を明らかにし,乱流燃焼の素過程に関する知見を得ることを目的としており,研究は拡散火炎と予混合火炎に分けることができる.拡散火炎と渦の相互作用に関する研究においては,始めに一段階不可逆反応を用いた反応性圧縮性混合層の直接数値計算を行い,対流マッハ数が混合層の発達に及ぼす影響を明らかした.また,化学反応に伴う発熱が混合層の発達・反応生成に与える影響を検討し,発熱がある場合混合層の発達,反応生成ともに制御され,この傾向は対流マッハ数の増加とともに顕著になることを明らかにした.これら一段階不可逆反応の場合をもとに,本研究では水素・酸素拡散を伴う反応性圧縮性混合層の直接数値計算を行った.化学反応機構としては,9化学種21素反応からなる水素・酸素燃焼に関する詳細化学反応機構を用いた.その結果,水素,酸素拡散火炎を伴う混合層においては,混合層内の大規模渦構造の発達にBaroclinic torqueが大きな役割を果たしており,これにより渦の発達が抑制されることが明らかとなった.さらに,化学反応の可逆性により反応速度は比較的低温であるブレイド領域(大規模渦構造の中間領域)において大きな値を示すことが明らかにされた.予混合火炎に関する研究では,スペクトル法と高次精度差分法を用いた水素・酸素予混合火炎の直接数値計算が行われ,完全非反射境界条件を用いることにより予混合火炎の高精度数値解法を構築することが可能であることが明らかにされた.