論文

矩形バーナー中に形成されるメタン/空気二次元トリプルフレームの局所燃焼速度を調べた．速度場と濃度場はそれぞれPIVとRayleigh散乱法により測定した．その結果，燃焼速度は火炎面曲率により表されること，さらに，濃度勾配をゼロより増加させると燃焼速度は増加し，最大値をとった後さらに濃度勾配を増加させると燃焼速度は減少することを明らかにした．

衝突噴流場のよどみ流領域に形成されるメタン/空気拡散火炎のEdge Flame を対象とし、消炎特性と火炎構造の関係を検討した。その結果、Edge Flame から衝突平板への熱損失と、Holeへ流れ込む低温気流による熱損失のふたつが存在すること、その結果Edge Flame の火炎帯における総括的な化学反応速度が減少すること、さらに、本研究が対象とするEdge Flame の消炎は通常の拡散火炎と同様の吹き消えであること、などを明らかにした。

希薄プロパン/空気混合気中に形成されるしわ状の層流予混合火炎を詳細に検討し，流れに対して凸部では火炎伸張とルイス数効果により火炎温度が上昇し，凹部では低下すること，そのため火炎面に沿って大きな温度勾配が生じ，熱の移動が起きるため火炎温度がさらに変化すること，などを明らかにし，曲率の異なる火炎面が連続的に連なる場合には，火炎面に沿う熱の輸送を考慮することが重要であることを指摘した．

軸対称衝突噴流場のよどみ領域を利用した新しいバーナを用いて、Edge flame の消炎特性を検討した。その結果、Hole を有する拡散火炎の消炎・剥離に対し臨界よどみ速度勾配が存在し、その値はHole 直径の増加とともに減少すること、さらにその限界はペクレ数により統一的に整理できること、剥離を伴わない消炎から剥離を伴う消炎への変化は一定のペクレ数により生じることなどを明らかにした。

メタン・空気混合気の濃度勾配を任意に設定した際に形成されるTriple Flame を対象として実験的に検討した．その結果，測定された燃焼速度は，曲率や火炎伸張の影響を考慮した理論より導かれる値よりも大きく，濃度勾配によらずほぼ一定の値を示すこと，さらにこの相違は，予混合火炎面と拡散火炎間の熱的相互干渉の影響であること，そしてその効果は濃度勾配が大きいほど顕著であることなどを明らかにした．

ガス噴射を伴うステップ背後の再循環領域における流れ場とコヒーレント構造を検討した．その結果，平均流，乱れの特性，コヒーレント構造はステップ近傍において噴射ガスの運動量の増加に影響をうけること，平均流の流れ場は再循環領域の分割により特徴づけられること，さらにせん断領域におけるエントレインメントと乱れ構造の変化，および噴射ガスによる流体力学的擾乱がコヒーレント構造を抑制することなどを明らかにした．

ガス噴射を伴うステップ背後の再循環領域における流れの混合状況を，レーザートモグラフィにより検討した．その結果，噴流の軌跡，貫通距離や噴射ガスの分布を得た．さらに，ガス噴流の変動が二つの周波数モードを示し，低周波数モードは再循環領域の大きさが変動することにより発生するのに対し，高周波数モードは流れ場の渦運動と噴流の相互干渉により発生すること，そのため，前者は主流と噴射ガスの運動量比の影響を受けないのに対し，後者はその影響を受けることなどを明らかにした．

本論文では，Edge Flame の遷移現象を検討するために新しいバーナーシステムを提案し，軸対称衝突噴流場の壁噴流領域を利用して拡散火炎を形成した．その結果，予混合火炎を伴う拡散火炎(Triple Flame)と，それを伴わない拡散火炎を安定に形成することが出来た．さらに，火炎位置の決定要因が，Edge Flame と固体壁面の熱的干渉から，Edge Flameの伝播速度と未燃混合気の流速の局所的つりあいへと変化することを明らかにした．

濃度勾配を有するメタン/空気混合気中を伝播するトリプルフレームを対象とし，OHラジカル発光強度，火炎位置を測定した．非燃焼時の可燃範囲を基準とした予混合火炎面間の距離の拡大率は濃度勾配が緩やかなほど大きいこと，また火炎先端領域で燃焼反応が活発であることから濃度勾配の大きさの違いによる火炎の振る舞いは発熱量により説明できること，さらに火炎先端領域において拡散火炎と予混合火炎が干渉していることなどを明らかにした．

壁面よどみ流中に形成される希薄メタン及び希薄プロパン／空気層流予混合火炎の火炎移動速度に及ぼす周期的に変動する火炎伸張の影響を実験的に検討した．この２種の混合気は異なるルイス数を有するにもかかわらず，いずれの火炎とも火炎移動速度の変動は火炎伸張率の正弦波的な変動に対して２０゜から９０゜の遅れを伴って追従すること，及び非定常な火炎伸張の影響により火炎移動速度が増加することが明らかとなった．

対向流乱流拡散火炎において空気流と燃料流に添加する乱れを個々に制御し，レーザートモグラフィ法により流れを可視化した．その結果，拡散領域の幅は乱れによって変化せず，拡散領域全体の変動は平均流の速度勾配により決定されるが，混合分率の変動は主に乱れにより決定される．さらに，消炎時の総スカラー消散率は，初期乱れにかかわらずほぼ一定の値を示すことなどが明らかとなった．

火炎それ自身の内部より放射される熱線（赤外線）を外部にて無侵襲に計測し，これを投影データとしてＣＴアルゴリズムに適用することにより，火炎の任意断面における放射線強度分布を映像化し，火炎内部の温度分布を知ると云う新しい手法（エミッションＣＴ手法）を提案した．この手法により得られた結果は，熱電対による測定結果と定性的によく一致することが示され，さらに再構成画像の劣化要因が検討された．

曲率を有する火炎の典型としてブンゼン火炎を用い，メタン，プロパン，ブタン，エチレン，水素と空気の希薄および過濃混合気の燃焼強度に及ぼす選択拡散と火炎伸張の影響を実験的に調べた．その結果，ルイス数が１より小さい場合には燃焼は弱められ，ルイス数が１より大きい場合には燃焼は強められ，ルイス数がほぼ１の場合には燃焼の挙動は中立であることを明らかにした．さらに，拡散性の高い水素を用い，空気との予混合火炎先端における局所消炎現象を明らかにした．