無重力場における絶対可燃限界の測定

本研究では、無重力環境を利用することによって、可燃限界を計測する際の大きな障害の一つであった自然対流の影響を排除でき、同時に極低速強制対流が温度勾配である場でも実現可能であることに初めて着目した。すなわち、極低速の対向流を用いて無重力場実験を行う本方法により、流体力学的な要因や燃焼器等への熱損失に依存しない、純粋に化学反応のみによって決定される、混合気に固有の可燃限界の計測が初めて可能となると考えた。無重力場で対向流バ-ナを使用し、かつ混合気の濃度の制御を行った例はまだ無い。そこで小型のコンピュータおよびDA変換器、マスフローコントローラを使用した精密な混合気制御系を含む無重力場実験装置を新たに製作して、予混合双子火炎の可燃限界の計測を行った。その結果、従来、通常重力場で計測されていた可燃限界よりも、無重力場ではさらに希薄な混合気も燃焼可能であること、また一般的に良く知られている火炎伸張による消炎限界の他に、極低速域において輻射熱損失によって引き起こされる輻射消炎限界が存在することを初めて確認できた。また、混合気のルイス数によって、輻射消炎時の火炎が特異な挙動を示すことが明らかとなった。したがって、従来からの可燃限界の概念を整理し、統一的に解釈するためには、理論解析、数値計算によるこれらの現象の理解・解明を図ると同時に、さらなる無重力場実験が必要になるものと思われる。

本研究では、無重力環境を利用することによって、可燃限界を計測する際の大きな障害の一つであった自然対流の影響を排除でき、同時に極低速強制対流が温度勾配である場でも実現可能であることに初めて着目した。すなわち、極低速の対向流を用いて無重力場実験を行う本方法により、流体力学的な要因や燃焼器等への熱損失に依存しない、純粋に化学反応のみによって決定される、混合気に固有の可燃限界の計測が初めて可能となると考えた。無重力場で対向流バ-ナを使用し、かつ混合気の濃度の制御を行った例はまだ無い。そこで小型のコンピュータおよびDA変換器、マスフローコントローラを使用した精密な混合気制御系を含む無重力場実験装置を新たに製作して、予混合双子火炎の可燃限界の計測を行った。その結果、従来、通常重力場で計測されていた可燃限界よりも、無重力場ではさらに希薄な混合気も燃焼可能であること、また一般的に良く知られている火炎伸張による消炎限界の他に、極低速域において輻射熱損失によって引き起こされる輻射消炎限界が存在することを初めて確認できた。また、混合気のルイス数によって、輻射消炎時の火炎が特異な挙動を示すことが明らかとなった。したがって、従来からの可燃限界の概念を整理し、統一的に解釈するためには、理論解析、数値計算によるこれらの現象の理解・解明を図ると同時に、さらなる無重力場実験が必要になるものと思われる。