乱流拡散火炎のフラクタル性の研究

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1.実験の経過レ-ザ-トモグラフィの手法を乱流拡散火炎に適用するためには、拡散火炎の火炎面前後における微粒子からの散乱光強度分布から火炎面を求める方法を開発しなければならない。その際の問題点などを詳細に議論するためには、まず最も単純な形状の層流拡散火炎を対象とするのが望ましい。そこで本年度は上下二対のノズルから構成される対向流燃焼器を製作し、メタン空気の対向流拡散火炎を作った。また予備実験として、火炎の安定範囲及び噴射速度に対する火炎位置の変化を調べた。2.数値計算の結果反応速度無限大の火炎面モデルに基づく数値計算を二次元の燃焼噴流閑散火炎しに適用し、その非定常挙動を調べた。その結果、層流火炎から乱流火炎への遷移に与える輸送係数や密度の変化の影響、及び乱流拡散火炎の局所的消炎について次のような知見を得た。(1)上流の層流火炎部における密度、粘性係数及び拡散係数の半径方向分布が遷移に大きな影響を与える。(2)火炎の存在によって中心の高速部分に軽い気体が存在すると流れは不安定になる。温度の上昇に基づく粘性係数の増加は流れを安定にする。拡散係数の増加は、火炎を剪断層の外側方向に移動させることによって流れを安定化させる。(3)火炎の非定常の振る舞いにおいて、火炎の先端付近において局所的消炎が生じて火炎島が空気流中に放出される。この島は次第に小さくなりながら下流に流され、更に小さな数個の島に分裂する。これらの消炎及び分裂過程においては、火炎面に沿っての渦の発生と成長が大きな役割を果たしている。