高負荷燃焼における乱流および固体壁の効果に関する化学動力学的研究

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1.火炎面の移動方向に対して仮定を設けることによって、さらに広い範囲の火炎内乱れについての測定データが解析できるようにした。すなわち、微少な範囲内では火炎面は平面であると近似でき、その移動の方向が火炎面に対して垂直であると仮定する。火炎中のある位置を中心とした3点で同時にシュリーレン像の光強度の時間変化を測定して、そのずれに基づき火炎面の傾き角と乱れの移動速度の大きさとを決定する。この方法によって水素-空気同軸噴流拡散火炎の火炎各部の乱れの移動方向と速度の分布を求めた。2.水素-空気系乱流火炎のシミュレーションとして、直接シミュレーションを試みた。これはNavier-Stokesの方程式をはじめとする支配方程式を直接解くもので、乱流火炎全体の状態を検討し、どのような実験データが必要であるかなどを判断する手段としては有効であるといえる。設定したモデルは円筒座標系を用いて表した連続の式、運動方程式などの支配方程式からなっており、水酸基、水素原子、酸素原子など9種類の化学種とそれらの間に生じる21組の素反応が組み込まれた化学反応モデルである。数値解法は、まず空間を微小なコントロールボリウムに分割することによって差分化した各支配方程式を時間依存法によって解き、実験条件に対応する境界条件のもとでそれぞれの解がほぼ擬定常解になるまでこの操作を繰り返すというものである。得られた結果は以下のようなものである。(1)得られた流速分布のうち特に半径方向の分布は火炎基部を除いてきわめて乱れたものとなり、対応する実験条件の火炎について得られた結果と定性的に一致する。また温度分布にも局部的な乱れがみられる。(2)火炎基部を除いた十分発達した乱流火炎については、温度や各化学種濃度の分布に乱れがあるものの、瞬間的には相流火炎の場合と同様にBurke-Schumannモデルがほぼ成立している。