微粒子を含む予混合火炎の振動燃焼解析

不活性の微粒子が均一に分散された予混合気中を伝播する火炎に対する数値解析結果は,ある条件下において火炎伝播速度が周期的に変動する特異な現象が存在し得ることを明らかにした.平成13年度に実施した数値計算結果は,この現象が,微粒子の熱吸収による火炎温度低下に伴う火炎伝播速度の低下と,微粒子間のふく射熱移動による未燃混合気の予熱に起因する火炎伝播速度の増大という2つの相反する火炎への作用の複合効果が原因であることを明らかにした.振動波長は,微粒子を考慮した予混合気の平均ふく射吸収長さに比例することが分かった.すなわち,振動波長は,予混合気中に存在する微粒子重量濃度が一定とすると,数密度が大きくなれば減少し,微粒子の直径が大きくなると増大する.また,粒子数密度が大きすぎる場合や小さすぎる場合,もしくは粒子直径が小さすぎる場合や大きすぎる場合には,計算結果に振動現象が現れなくなった.粒子のふく射率を下げると,粒子間のふく射熱移動量が減少するため,火炎伝播速度の最大および最小値は縮小され,振幅が小さくなった.同様に,理論当量比から当量比を減少させると火炎温度が低下し,粒子間のふく射熱移動量が減少するため振幅は小さくなった.このように,微粒子群火炎伝播の簡略化モデルとして,不活性微粒子を含む予混合火炎に対する数値解析モデルを用いることで,これまで微小重力実験において観察された固体燃料微粒子群の振動火炎伝播現象を数値的に明らかにし,振動現象が混合気の平均ふく射吸収長さで整理できることを示した.

不活性の微粒子が均一に分散された予混合気中を伝播する火炎に対する数値解析結果は,ある条件下において火炎伝播速度が周期的に変動する特異な現象が存在し得ることを明らかにした.平成13年度に実施した数値計算結果は,この現象が,微粒子の熱吸収による火炎温度低下に伴う火炎伝播速度の低下と,微粒子間のふく射熱移動による未燃混合気の予熱に起因する火炎伝播速度の増大という2つの相反する火炎への作用の複合効果が原因であることを明らかにした.振動波長は,微粒子を考慮した予混合気の平均ふく射吸収長さに比例することが分かった.すなわち,振動波長は,予混合気中に存在する微粒子重量濃度が一定とすると,数密度が大きくなれば減少し,微粒子の直径が大きくなると増大する.また,粒子数密度が大きすぎる場合や小さすぎる場合,もしくは粒子直径が小さすぎる場合や大きすぎる場合には,計算結果に振動現象が現れなくなった.粒子のふく射率を下げると,粒子間のふく射熱移動量が減少するため,火炎伝播速度の最大および最小値は縮小され,振幅が小さくなった.同様に,理論当量比から当量比を減少させると火炎温度が低下し,粒子間のふく射熱移動量が減少するため振幅は小さくなった.このように,微粒子群火炎伝播の簡略化モデルとして,不活性微粒子を含む予混合火炎に対する数値解析モデルを用いることで,これまで微小重力実験において観察された固体燃料微粒子群の振動火炎伝播現象を数値的に明らかにし,振動現象が混合気の平均ふく射吸収長さで整理できることを示した.