超音速空気流における水素燃焼領域の衝撃波干渉による安定化

マッハ数2.5、全温550-800Kの超音速空気流に、長さ80mm高さ20mmの二次元楔状ストラットを置き、ストラット背後から水素燃料を噴射した。ストラット後流に衝撃波を入射させると、後流全体に燃焼領域が安定に確保できる。昨年度に引続き、この保炎性能を詳細に調べ、数値シミュレーション結果との比較など進めた。昨年度はLDV計測による流速分布について調べたが、今年度は、ストラット後流の保炎領域について、濃度分布と温度分布、さらにはLIF計測によるOH発光など明らかにした。水素燃料の増大と共に、後流において、再循環流と水素噴流が衝突してできる対向流型の火炎が削減して、超音速流と亜音速再循環流の間のせん断層内の主な燃焼領域が移動するが、濃度分布と温度分布はこれらの現象を立証するデータとなった。また、短時間のOH分布計測は、上記の現象を更に明確にすると共に、再循環流内の化学的に非平衡状態にあるため、ときには全く凍結状態でOHが存在しなかったりお、ときには反応が急速に進行して、OHが十分に存在していることがわかった。流れが必ずしも定常でないため、両方の性状が交互に出てくると考えられる。更にこの保炎メカニズムを確認することと、保炎性能を高めることを目的として、水素燃料に空気を予混合して噴射し、混合を結果として速める実験を行った。予混合化は、むしろ保炎性能を悪くする結果になった。これは、空気の混入によって、噴射の運動量を増大させ、先述のように、火炎を下流に押しやる方向に移動させることになるからである。更に予混合化を進めると、リセス内で一次燃焼することになり、全く異なった保炎形態へ移行する。これらについて詳細に検討を行った。

マッハ数2.5、全温550-800Kの超音速空気流に、長さ80mm高さ20mmの二次元楔状ストラットを置き、ストラット背後から水素燃料を噴射した。ストラット後流に衝撃波を入射させると、後流全体に燃焼領域が安定に確保できる。昨年度に引続き、この保炎性能を詳細に調べ、数値シミュレーション結果との比較など進めた。昨年度はLDV計測による流速分布について調べたが、今年度は、ストラット後流の保炎領域について、濃度分布と温度分布、さらにはLIF計測によるOH発光など明らかにした。水素燃料の増大と共に、後流において、再循環流と水素噴流が衝突してできる対向流型の火炎が削減して、超音速流と亜音速再循環流の間のせん断層内の主な燃焼領域が移動するが、濃度分布と温度分布はこれらの現象を立証するデータとなった。また、短時間のOH分布計測は、上記の現象を更に明確にすると共に、再循環流内の化学的に非平衡状態にあるため、ときには全く凍結状態でOHが存在しなかったりお、ときには反応が急速に進行して、OHが十分に存在していることがわかった。流れが必ずしも定常でないため、両方の性状が交互に出てくると考えられる。更にこの保炎メカニズムを確認することと、保炎性能を高めることを目的として、水素燃料に空気を予混合して噴射し、混合を結果として速める実験を行った。予混合化は、むしろ保炎性能を悪くする結果になった。これは、空気の混入によって、噴射の運動量を増大させ、先述のように、火炎を下流に押しやる方向に移動させることになるからである。更に予混合化を進めると、リセス内で一次燃焼することになり、全く異なった保炎形態へ移行する。これらについて詳細に検討を行った。