管状火炎による高速気流中での火炎の安定化

昨年度は、管状火炎を高速気流中での火炎の安定化の手段として利用する方法を提案し、管状火炎の当量比を0.9以上に設定することで、極めて容易に現装置で可能な140m/sの流速までプロパンのノズル火炎を保炎できることを示した。今年度は、その保炎機構を明らかにする目的で、温度分布を測定し、その熱的構造を調べた。温度の測定には、二酸化ケイ素で被覆したPt/Pt-13%Rhの熱電対を管状火炎バーナ直上に設置し、半径方向の温度分布を測定した。まず、管状火炎で安定化された過濃混合気のノズル火炎の温度分布を測定した。その結果、管状火炎のみの場合に比べ中心軸側に温度の高い領域が形成され、ノズル混合気中の余剰の燃料と管状火炎側混合気の余剰酸素との間に燃焼が起きて、厚い反応帯が形成され、燃焼が非常に安定に行われていることが確かめられた。次に、それのみでは安定に存在できない当量比Φ_n=1.0の理論混合気について、管状火炎で保持した場合の温度分布を流速を順次速くして(V_n=55,94,131m/s)測定した。その結果、遅い流速(V_n=55m/s)では、温度分布は上記の場合とほぼ同様であるが、流速を上げる(V_n=94m/s)と、最高温度は約1400℃と維持されるものの、いわるゆ限界火炎温度1200℃以上の高温領域の厚みが減少し、現装置の最高速度(V_n=131m/s)では、この高温領域が非常に薄くなって、管壁側、中心部側への温度勾配が著しく増加し、反応領域からの熱損失が増大していることがわかった。したがって、1200℃以上の高温領域が厚く形成され、この領域両側の管壁側から中心軸側にかけての温度分布が上に凸となって反応帯からの熱損失が少ないことが管状火炎による火炎安定化にとって重要であることが明らかになった。

昨年度は、管状火炎を高速気流中での火炎の安定化の手段として利用する方法を提案し、管状火炎の当量比を0.9以上に設定することで、極めて容易に現装置で可能な140m/sの流速までプロパンのノズル火炎を保炎できることを示した。今年度は、その保炎機構を明らかにする目的で、温度分布を測定し、その熱的構造を調べた。温度の測定には、二酸化ケイ素で被覆したPt/Pt-13%Rhの熱電対を管状火炎バーナ直上に設置し、半径方向の温度分布を測定した。まず、管状火炎で安定化された過濃混合気のノズル火炎の温度分布を測定した。その結果、管状火炎のみの場合に比べ中心軸側に温度の高い領域が形成され、ノズル混合気中の余剰の燃料と管状火炎側混合気の余剰酸素との間に燃焼が起きて、厚い反応帯が形成され、燃焼が非常に安定に行われていることが確かめられた。次に、それのみでは安定に存在できない当量比Φ_n=1.0の理論混合気について、管状火炎で保持した場合の温度分布を流速を順次速くして(V_n=55,94,131m/s)測定した。その結果、遅い流速(V_n=55m/s)では、温度分布は上記の場合とほぼ同様であるが、流速を上げる(V_n=94m/s)と、最高温度は約1400℃と維持されるものの、いわるゆ限界火炎温度1200℃以上の高温領域の厚みが減少し、現装置の最高速度(V_n=131m/s)では、この高温領域が非常に薄くなって、管壁側、中心部側への温度勾配が著しく増加し、反応領域からの熱損失が増大していることがわかった。したがって、1200℃以上の高温領域が厚く形成され、この領域両側の管壁側から中心軸側にかけての温度分布が上に凸となって反応帯からの熱損失が少ないことが管状火炎による火炎安定化にとって重要であることが明らかになった。