レーザ複合計測とDNSによる希薄乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

近年の地球・都市環境問題を解決するには,高効率・低環境負荷燃焼器を開発する必要がある.NOx排出量の低減には,希薄予混合燃焼を採用することが有効な解決策と考えられているが,希薄予混合火炎では火炎の不安定性や振動燃焼等が生じるため,これらを制御することが必要不可欠である.本研究では,詳細化学反応機構を用いた直接数値計算(DNS)及び粒子画像流速計(PIV)と平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)を組み合わせたレーザ複合計測を用いて希薄乱流予混合火炎の構造を明らかにし,それらに基づく希薄乱流予混合火炎の保炎手法と振動燃焼制御法を構築することを目的としている.平成18年度は前年度に引き続いて希薄乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造の解明とモデル化に重点を置いて研究を進めるとともに,振動燃焼及び燃焼騒音の発生機構と希薄乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造との関係を明らかにした.数値的研究では,前年度までに行った水素・空気乱流予混合火炎の三次元DNS結果を詳細に解析し,これらの結果から局所火炎構造に対する火炎面の曲率や火炎面に作用する接線方向歪み速度の効果が希薄条件では異なることを明らかにした.また,希薄乱流予混合火炎におけるSGS燃焼モデルの検証と開発を行った.実験的研究では,PIVとPLIFを組み合わせた速度と濃度の同時計測を行い,燃焼騒音特性と局所火炎構造の関係を明らかにした.前年度までの二次元断面における計測を複数断面に拡張し,各断面におけるPLIFにより得られた中間生成物の濃度分布から火炎面の存在確率を算出し,乱流火炎の複雑な三次元構造を再構築する方法を開発した.得られた三次元火炎構造から,二次燃料噴射は再循環領域における高温流体の時間・空間的変動及び火炎帯における火炎面の時間・空間的変動を抑制し,その結果燃焼騒音が低減されることを明らかにした.