乱流拡散燃焼の人工制御

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乱流拡散燃焼においては、燃料と酸化剤の混合の割合は乱流中の渦の運動によって支配され、従って燃焼効率も渦の運動に支配される。当研究では、燃料と酸化剤の二つの流れの境界領域(拡散燃焼領域)に作られる乱流混合層の上流部に振動板を導入し、種々の周波数で振動させることにより、混合層内の渦の運動がどの様に変化するかをス-パ-コンピュ-タを用いて数値的に調べ、乱流拡散燃焼を制御する方法を研究した。まず乱流中の渦の運動を記述することに優れている渦法を用いて、周波数の異なる正弦波を重ね合わせた形の振動を流れに加えた場合の渦の運動を精度良くとらえられる計算コ-ドを開発した。次にこの計算コ-ドを用いて、基本周波数Fとそのサブハ-モニックスF/n(n=2、3、4)を重ね合わせた形の振動を流れに加えた場合の渦の運動を調べた。その結果、この形の振動を加えることにより、乱流混合層上流部で渦がn個ずつ規則正しく融合する領域ができ、従って燃料と酸化剤の混合を促進できることが判った。また逆に、基本周波数Fととハイハ-モニックス2Fを重ね合わせて振動させることにより、混合層上流部に渦の融合が抑制される領域が作られ、従って燃料と酸化剤の混合を抑制することもできる、ということが判った。次に重ね合わせる正弦波の周波数の組み合わせをFとF/nに固定した状態で位相差および振幅比を変化させ、渦の運動に及ぼす影響を調べた。その結果、同じn個ずつの渦が融合する場合でも、渦の融合の仕方や融合の始まる位置は位相差および振幅比に大きく依存し、従って燃料と酸化剤の混合が促進される割合や促進の始まる位置もこれらの値に大きく依存することが判った。これらの計算結果はグラフィックス・ワ-クステ-ションを用いてビデオ化され、既に国内の学会等において発表されているほか、1991年9月にドイツで開催予定の「第8回乱流せん断流に関する国際シンポジウム」で発表予定である。また論文としてもまとめられ近日中に投稿予定である。