厳密な多成分拡散理論を用いた拡散火炎の反応動力学的数値解析と選択拡散の影響評価

水素を燃料とした軸対称層流拡散火炎を対象とし,多成分拡散を厳密に評価した場合と有効拡散係数を用いた場合の解との比較によって,計算法の精度に関する検討を行い,以下の結果を得た.(1)燃料が体積比H_2:N_2=30:70の混合気の場合,有効拡散係数を用いた解析結果と厳密に多成分拡散を評価した場合の結果とはほぼ一致した.(2)燃料が純水素の場合,主要化学種に関して,有効拡散係数D_<im>=(1-w_i)/Σ_<j≠i>(X_j/D_<ij>)(w_i:質量分率,X_i:モル分率,D_<ij>:2成分系拡散係数)を用いた計算では,平均分子量の勾配を無視しているため,純水素を燃料とした場合のように平均分子量の変化が大きな場では精度が悪くなる傾向がある.(3)有効拡散係数としてD_<im>=(1-X_i)/Σ_<j≠i>(X_j/D_<ij>)を用いた場合,厳密に多成分拡散を考慮した場合と比較して,全体的に精度よく計算できるが,主要化学種の計算結果において火炎が存在する領域で精度が多少悪くなる傾向がある.(4)微小成分においてはいずれの有効拡散係数を用いた場合でも,一般に精度はかなり高くなると考えられる.しかし,微小成分であっても,主要成分の濃度勾配が大きな領域で,精度が多少悪くなる場合がある.また,純メタンを燃料とした噴流拡散火炎について,空気中に燃料を吹く通常火炎と,逆に燃料中に空気を吹く逆火炎を対象とし,選択拡散を考慮した場合としない場合とについて反応動力学的数値解析を行った.C/H比の分布の変化から,純粋な燃料であっても反応過程で拡散特性の異なった種々の成分が生成され,それらの選択拡散の影響によって火炎温度が平衡火炎温度よりも高い,または低い値になる.

水素を燃料とした軸対称層流拡散火炎を対象とし,多成分拡散を厳密に評価した場合と有効拡散係数を用いた場合の解との比較によって,計算法の精度に関する検討を行い,以下の結果を得た.(1)燃料が体積比H_2:N_2=30:70の混合気の場合,有効拡散係数を用いた解析結果と厳密に多成分拡散を評価した場合の結果とはほぼ一致した.(2)燃料が純水素の場合,主要化学種に関して,有効拡散係数D_<im>=(1-w_i)/Σ_<j≠i>(X_j/D_<ij>)(w_i:質量分率,X_i:モル分率,D_<ij>:2成分系拡散係数)を用いた計算では,平均分子量の勾配を無視しているため,純水素を燃料とした場合のように平均分子量の変化が大きな場では精度が悪くなる傾向がある.(3)有効拡散係数としてD_<im>=(1-X_i)/Σ_<j≠i>(X_j/D_<ij>)を用いた場合,厳密に多成分拡散を考慮した場合と比較して,全体的に精度よく計算できるが,主要化学種の計算結果において火炎が存在する領域で精度が多少悪くなる傾向がある.(4)微小成分においてはいずれの有効拡散係数を用いた場合でも,一般に精度はかなり高くなると考えられる.しかし,微小成分であっても,主要成分の濃度勾配が大きな領域で,精度が多少悪くなる場合がある.また,純メタンを燃料とした噴流拡散火炎について,空気中に燃料を吹く通常火炎と,逆に燃料中に空気を吹く逆火炎を対象とし,選択拡散を考慮した場合としない場合とについて反応動力学的数値解析を行った.C/H比の分布の変化から,純粋な燃料であっても反応過程で拡散特性の異なった種々の成分が生成され,それらの選択拡散の影響によって火炎温度が平衡火炎温度よりも高い,または低い値になる.