高温ガスに接する希薄予混合火炎の着火に関する研究

層流対向流バーナーを用い、高温の燃焼ガスに接する可燃限界以下の非常に希薄な濃度の混合気の燃焼特性について検討を加えた。本助成期間では、まず、ルイス数の異なる火炎(メタン/空気およびプロパン/空気)の安定限界濃度およびよどみ流線上の速度分布を測定した。主な成果を以下に示す。(1)メタン/空気火炎では、一方の燃料濃度を減少させても、他方の燃料濃度を増加させることにより、燃焼を維持することが可能である。これに対して、プロパン/空気火炎の場合では、上下の混合気の濃度が可燃限界内の条件では、メタン/火炎と同様に一方の燃料濃度を減少させても、他方の燃料濃度を増加させることにより、燃焼を維持することが可能である。しかしながら、どちらか一方が可燃限界より低い燃料濃度の条件では、薄い方の燃料濃度のバーナーの条件にかかわらず、消炎限界は燃料濃度の濃いバーナーに依存する。すなわち、メタン/空気火炎の場合では、可燃限界以下の濃度の非常に希薄な混合気でも火炎の安定性の向上に有用であるが、プロパン/火炎の場合では、可燃限界濃度以下の希薄な混合気は火炎安定性にほとんど寄与していないことが確認された。なお、目視による観察では、消炎はいずれの場合も上下の火炎が同時に消炎する。(2)よどみ流線上の流速はノズル出口からゆるやかに減少し、速度勾配は徐々に増加する。火炎帯を横切ると熱膨張と流間の広がりがつりあうため一時的張による流速増加が流間の広がりによる速度の減少を上回るため火炎帯を通過すると速度が増加する。その領域を通過すると、速度は急速に減少し、0になる。よどみ点は、上下のノズルのほぼ中間の位置にあり、燃料の種類や濃度に依存しないことが明らかとなった。

層流対向流バーナーを用い、高温の燃焼ガスに接する可燃限界以下の非常に希薄な濃度の混合気の燃焼特性について検討を加えた。本助成期間では、まず、ルイス数の異なる火炎(メタン/空気およびプロパン/空気)の安定限界濃度およびよどみ流線上の速度分布を測定した。主な成果を以下に示す。(1)メタン/空気火炎では、一方の燃料濃度を減少させても、他方の燃料濃度を増加させることにより、燃焼を維持することが可能である。これに対して、プロパン/空気火炎の場合では、上下の混合気の濃度が可燃限界内の条件では、メタン/火炎と同様に一方の燃料濃度を減少させても、他方の燃料濃度を増加させることにより、燃焼を維持することが可能である。しかしながら、どちらか一方が可燃限界より低い燃料濃度の条件では、薄い方の燃料濃度のバーナーの条件にかかわらず、消炎限界は燃料濃度の濃いバーナーに依存する。すなわち、メタン/空気火炎の場合では、可燃限界以下の濃度の非常に希薄な混合気でも火炎の安定性の向上に有用であるが、プロパン/火炎の場合では、可燃限界濃度以下の希薄な混合気は火炎安定性にほとんど寄与していないことが確認された。なお、目視による観察では、消炎はいずれの場合も上下の火炎が同時に消炎する。(2)よどみ流線上の流速はノズル出口からゆるやかに減少し、速度勾配は徐々に増加する。火炎帯を横切ると熱膨張と流間の広がりがつりあうため一時的張による流速増加が流間の広がりによる速度の減少を上回るため火炎帯を通過すると速度が増加する。その領域を通過すると、速度は急速に減少し、0になる。よどみ点は、上下のノズルのほぼ中間の位置にあり、燃料の種類や濃度に依存しないことが明らかとなった。