乱流拡散火炎のフラクタル性の研究

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乱流拡散火炎の遷移及び構造について理論的,実験的研究を行なった理論的研究では二次元燃料噴流拡散火炎について,まず層流火炎から乱流火炎への遷移の機構を,反応速度無限大の火炎面モデルを基に差分法に基づく数値計算によって調べ,次のことを明らかにした.(1)火炎の遷移は噴流速度場のKelvinーHelmholtz不安定によってもたらされる.(2)噴流に垂直方向の密度及び輸送係数の分布がこの不安定,従って遷移に支配的な影響を持つ.(3)反応による温度上昇に伴う密度低下は流れを不安定にし,粘性の増加は安定に寄与するが,最も重要なのは拡散係数の増加である.この増加は火炎位置をせん断層の外側に移動させ,さらに厚い粘性層をもたらすことによって流れを安定化させ,墳流の遷移を遅らせる.以上の結果はRoyal SocietyのProceedingsに発表した.また同じく火炎面モデルに基づく同様な計算によって,乱流火炎の非定常の振るまいを調べ,火炎構造に関する次のことを明らかにした.(1)火炎の非定常な振るまいにおいて,先端付近において火炎がちぎれて火炎島が流れ中に放出される.この島はさらに小さな島に分裂し,燃焼によって次第に小さくなりながら下流に流される.(2)これらの過程において火炎面に沿って形成される渦が大きな役割を果たす.すなわち,渦によって空気が急速に火炎内に巻き込まれ,火炎面の一部において局所的に燃料が欠乏して消炎が生じる.(3)このような消炎は,化学反応速度が有限であるためにもたらされる通常の"化学的消炎"とは全く異なる機構によるもので,"物理的消炎"とでも言うべきものである.これらの結果は国際会議で発表し,すでにAIAA Progress in Astronautics and Aeronuatics Seriesに印刷中である.実験研究においては,予混合火炎の可視化に用いられている固体微粒子のミ-散乱光を利用したレ-ザトモグラフィが,拡散火炎にも適用出来るかどうかを層流の対向流拡散火炎を用いて検討した.その結果,急激な温度勾配を伴う拡散火炎では微粒子ふるまいに対して熱泳動の効果が大きく,散乱光の強度分布が必ずしも正確に火炎位置を与えないことが明らかになった.この結果は今年の夏開催される国際会議で発表する.