多次元多変量レーザ計測による乱流予混合火炎の構造解明とモデル化

本研究では，複数化学種濃度と流体速度の時系列レーザ計測法により構築された世界最先端の多次元多変量時系列レーザ計測法を，実用燃焼器を模擬した各種燃焼器に適用し，高圧・高レイノルズ数乱流予混合火炎の構造を解明するとともに，種々の燃焼場に適用可能なLESのためのSGS燃焼モデルを構築・検証するため知見を得る事を目的としている．平成26年度は，高強度乱流中に形成される部分予混合気の自着火及び火炎の不安定現象について検討を行うため，プラズマヒーターを用いて高温度・高レイノルズ数乱流条件下で燃料を噴射（Jet-in-Hot-Coflow，JHC）し，そこに形成される浮き上がり火炎を対象として多次元多変量レーザ計測を行った．時系列ステレオ粒子画像流速計（PIV）による速度計測結果からCo-flow中，強いせん断が生じる領域及び噴流中心における乱流強度，積分スケール等の乱流統計量を明らかにし，熱電対による温度計測と併せて，当該実験装置を用いることで実現可能な乱流及び温度条件とその同時再現性を明らかにした．時系列CH2O/OH同時平面レーザ誘起蛍光法（PLIF）計測法結果から，浮き上がり高さ（Lift-Off-Height，LOH)を算出し，JHC中に形成される浮き上がり火炎の安定機構は主に自着火現象であること，Co-flowの温度及び乱流強度が自着火特性に対して支配的な影響を持っていることを明らかにした．また，乱流混合を表す重要なスカラー量である，混合分率と温度の定量計測を行なうため，平面レイリー散乱計測とNO PLIFの同時計測法を開発している．

本研究では，複数化学種濃度と流体速度の時系列レーザ計測法により構築された世界最先端の多次元多変量時系列レーザ計測法を，実用燃焼器を模擬した各種燃焼器に適用し，高圧・高レイノルズ数乱流予混合火炎の構造を解明するとともに，種々の燃焼場に適用可能なLESのためのSGS燃焼モデルを構築・検証するため知見を得る事を目的としている．平成26年度は，高強度乱流中に形成される部分予混合気の自着火及び火炎の不安定現象について検討を行うため，プラズマヒーターを用いて高温度・高レイノルズ数乱流条件下で燃料を噴射（Jet-in-Hot-Coflow，JHC）し，そこに形成される浮き上がり火炎を対象として多次元多変量レーザ計測を行った．時系列ステレオ粒子画像流速計（PIV）による速度計測結果からCo-flow中，強いせん断が生じる領域及び噴流中心における乱流強度，積分スケール等の乱流統計量を明らかにし，熱電対による温度計測と併せて，当該実験装置を用いることで実現可能な乱流及び温度条件とその同時再現性を明らかにした．時系列CH2O/OH同時平面レーザ誘起蛍光法（PLIF）計測法結果から，浮き上がり高さ（Lift-Off-Height，LOH)を算出し，JHC中に形成される浮き上がり火炎の安定機構は主に自着火現象であること，Co-flowの温度及び乱流強度が自着火特性に対して支配的な影響を持っていることを明らかにした．また，乱流混合を表す重要なスカラー量である，混合分率と温度の定量計測を行なうため，平面レイリー散乱計測とNO PLIFの同時計測法を開発している．