直接数値計算及びレーザ計測による乱流燃焼機構の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は,乱流燃焼機構の解明を目的としており,詳細化学反応機構を考慮に入れた乱流予混合火炎の直接数値計算による数値的な研究とPLIF等のレーザ計測を用いた実験的研究からなる.直接数値計算を用いた数値的研究では,前年度に引き続き,詳細化学反応機構と輸送係数・熱物性値の温度依存性を考慮に入れた二次元一様等方性乱流中を伝播するメタン・空気乱流予混合火炎の直接計算を種々の条件について行い、その結果と水素・空気乱流予混合火炎の直接数値計算結果の比較を行った.乱流強度の増加と共に,火炎面に作用する強い歪み速度により局所火炎厚さは薄くなり,水素・空気乱流予混合火炎では,濃度勾配の増加によるO_2の拡散速度の増大により熱発生率への寄与の大きな素反応が促進され,層流火炎よりも高い熱発生率を示す火炎要素の存在する確率が高くなることを明らかにした.これに対して,メタン・空気乱流予混合火炎ではH原子の予熱帯への拡散により,H原子の消費反応におけるR53:CH_4+H⇔CH_3+H_2の寄与が大きくなり,連鎖分岐反応で生成されるO原子濃度が低くなる.そのため,熱発生率への寄与の大きなR10:CH_3+O⇔CH_2O+Hが抑制され,火炎全体で熱発生率が層流火炎の場合よりも低下することを明らかにした.レーザ計測を用いた実験的研究においては,前年度に行ったCHを対象としたPLIF計測を発展させ,スワール・バーナにおいて乱流予混合火炎のOH/CH同時PLIF計測を行った.PLIF計測結果と熱線流速計による速度計測結果及び3次元直接数値計算結果との比較から,乱流中の火炎面の湾曲のスケールや既燃ガス中に形成される未燃予混合気塊などの火炎構造を明らかにした.また,乱流燃焼場中の速度分布をリアルタイムに計測することが可能な高時間・空間分解能時系列PIV法を開発し,非燃焼の噴流を対象にして基礎的な実験を行った.