バロクリニックトルクを用いた不均一燃焼場の急速混合に関する研究

本年度は昨年度に続いて,噴流火炎において火炎により生じた密度変化と乱流との相互作用によるバロクリニック渦生成過程を明らかにするために,円形ノズル上に形成される水素噴流火炎を対象として,渦粘性型乱流モデルと火炎面モデルに基づくラージエディシミュレーションを実施した.これにより,速度および各種スカラー量分布の時間変化を計算した.その結果,乱れの生成が主に燃料流内で起こることなどを明らかにした.さらに,火炎帯近傍の燃料流側に互いに反転する渦対が生じれば,これによって周囲空気が噴流内部に引き込まれ,火炎面は湾曲し,正負の渦度の極値とほぼ同じ位置に,それらと同符号のバロクリニックトルクによる渦生成速度の極値が存在していることから,火炎との相互作用によって渦対がさらに強められて,燃料-空気の混合が進行することを明らかにした.さらに,周囲流体と噴出流体の密度が異なる非定常噴流について,その空気導入過程と乱流混合機構を検討した.まず,ラージエディシミュレーションを用いて噴流密度を変化させた非定常噴流の発達過程を計算した.その結果,噴流流体の密度が小さくなっても先端到達距離はほとんど変化しないが,エントレイン空気量が減少することが明らかになった.また,噴流内部の噴出流体濃度の確率密度の変化より,密度の小さい流体を噴出すると乱流混合が抑制されることがわかった.一方,エンジンシリンダ内を模擬した高圧容器中に水素,天然ガス等の燃料を噴出した際の空気導入過程を実験的に明らかにするために,噴流によって周囲流体に誘引される流動を粒子画像流速測定法により計測した.これにより,非定常噴流における空気導入はおもに先端に生じた大規模渦によるものであり,噴流密度が小さければ,この大規模渦の発達が抑制されるために空気導入量が減少することを明らかにした.

本年度は昨年度に続いて,噴流火炎において火炎により生じた密度変化と乱流との相互作用によるバロクリニック渦生成過程を明らかにするために,円形ノズル上に形成される水素噴流火炎を対象として,渦粘性型乱流モデルと火炎面モデルに基づくラージエディシミュレーションを実施した.これにより,速度および各種スカラー量分布の時間変化を計算した.その結果,乱れの生成が主に燃料流内で起こることなどを明らかにした.さらに,火炎帯近傍の燃料流側に互いに反転する渦対が生じれば,これによって周囲空気が噴流内部に引き込まれ,火炎面は湾曲し,正負の渦度の極値とほぼ同じ位置に,それらと同符号のバロクリニックトルクによる渦生成速度の極値が存在していることから,火炎との相互作用によって渦対がさらに強められて,燃料-空気の混合が進行することを明らかにした.さらに,周囲流体と噴出流体の密度が異なる非定常噴流について,その空気導入過程と乱流混合機構を検討した.まず,ラージエディシミュレーションを用いて噴流密度を変化させた非定常噴流の発達過程を計算した.その結果,噴流流体の密度が小さくなっても先端到達距離はほとんど変化しないが,エントレイン空気量が減少することが明らかになった.また,噴流内部の噴出流体濃度の確率密度の変化より,密度の小さい流体を噴出すると乱流混合が抑制されることがわかった.一方,エンジンシリンダ内を模擬した高圧容器中に水素,天然ガス等の燃料を噴出した際の空気導入過程を実験的に明らかにするために,噴流によって周囲流体に誘引される流動を粒子画像流速測定法により計測した.これにより,非定常噴流における空気導入はおもに先端に生じた大規模渦によるものであり,噴流密度が小さければ,この大規模渦の発達が抑制されるために空気導入量が減少することを明らかにした.