高温燃焼ガス中に噴射された予混合気流の着火・燃焼挙動の観察

炉内は,通常高温の既燃ガスが充満もしくは循環している.そこに噴射された予混合気の噴流(もしくは噴流界面)が着火と消炎を繰り返す,もしくは浮き上がりと再付着を繰り返すという振動燃焼の機構は,概念的には広く受け入れられている.しかし,その詳細なメカニズムと発生条件が明確化されているとは言えない.本研究は,予混合噴流の着火・燃焼挙動を観察することにより,着火機構や過渡的な火炎構造に関する知見を得ることを目的とする.本年度は着火現象に同期した温度計測,火炎発光計測を行い,着火時の燃焼反応進行過程を観察した.その結果,以下のよう過去とが分かった.噴流先端部分の予混合気塊は定常流が形成されている場合よりも強いせん断混合を受けるため,層流火炎面を形成できず,周囲既燃ガス流との混合により分散反応的に燃焼する.層流火炎構造は噴流先端より少し後流の位置で,ノズルから少し離れた位置(50〜150mmで主流当量比によって異なる)で最初に形成され,そこから上流方向に伝播して行ったのち,乱流遷移して定常なしわ状層流火炎を形成する.この際の火炎伝播速度は,最初に伝播火炎が形成される付近では早く,噴流全体に伝播火炎が広がっていく過程では少し減速するような挙動となる.これは,伝播火炎発生初期には,その近傍に予混合気と周囲既燃ガスとの混合層が形成されており,局所的に燃焼速度の速い混合気が形成されているため,瞬間燃焼速度が速くなると考えられる.通常の乱流燃焼において,乱れによる局所消炎とそれに続く再着火の際の燃焼速度の増減が,振動燃焼のきっかけや,燃焼騒音の発生原因となっていることが推測された.

炉内は,通常高温の既燃ガスが充満もしくは循環している.そこに噴射された予混合気の噴流(もしくは噴流界面)が着火と消炎を繰り返す,もしくは浮き上がりと再付着を繰り返すという振動燃焼の機構は,概念的には広く受け入れられている.しかし,その詳細なメカニズムと発生条件が明確化されているとは言えない.本研究は,予混合噴流の着火・燃焼挙動を観察することにより,着火機構や過渡的な火炎構造に関する知見を得ることを目的とする.本年度は着火現象に同期した温度計測,火炎発光計測を行い,着火時の燃焼反応進行過程を観察した.その結果,以下のよう過去とが分かった.噴流先端部分の予混合気塊は定常流が形成されている場合よりも強いせん断混合を受けるため,層流火炎面を形成できず,周囲既燃ガス流との混合により分散反応的に燃焼する.層流火炎構造は噴流先端より少し後流の位置で,ノズルから少し離れた位置(50〜150mmで主流当量比によって異なる)で最初に形成され,そこから上流方向に伝播して行ったのち,乱流遷移して定常なしわ状層流火炎を形成する.この際の火炎伝播速度は,最初に伝播火炎が形成される付近では早く,噴流全体に伝播火炎が広がっていく過程では少し減速するような挙動となる.これは,伝播火炎発生初期には,その近傍に予混合気と周囲既燃ガスとの混合層が形成されており,局所的に燃焼速度の速い混合気が形成されているため,瞬間燃焼速度が速くなると考えられる.通常の乱流燃焼において,乱れによる局所消炎とそれに続く再着火の際の燃焼速度の増減が,振動燃焼のきっかけや,燃焼騒音の発生原因となっていることが推測された.