論文

酸素ー窒素混合気の静止雰囲気中に形成される円管バーナ上の水素，および水素ー不活性ガス混合気の噴流拡散火炎の安定性を実験的に調べた．火炎基部においては予混合ガスが形成され，その局所燃焼速度が流入する流れの速度とつりあうという火炎安定化機構を提唱した．ＬＤＶを用いて火炎基部の流速を測定し，これとバーナより噴出される気体と周囲気体を混合した際に得られる最大層流燃焼速度を比較しモデルの妥当性を明らかにした．

第20回国際燃焼シンポジウムにおける層流火炎のセッションの報告

乱流平板境界層内に形成される拡散火炎の乱れ構造に関する研究報告。

格子乱流中に形成される噴流拡散火炎の乱れ構造に関する研究報告

燃焼の基礎に関する講習会における気体の燃焼に関する教材

日本機械学会誌機械工学年鑑特集における工業教育に関する報告

乱流平板境界層内に，壁面より燃料を一様に吹き出す際に形成される拡散火炎の主流方向の平均流速および乱れ強さ，ならびに主流方向と，主流に垂直な方向の流れの乱れの相関値を測定した．相関値と平均流速の勾配の境界層内分布を比較すると，両者の分布形状は定性的によく一致していることが明らかとなった．このことより，火炎が形成された場合においても，境界層内の乱れは，火炎を伴わない場合の乱れと本質的に同様であると考えられる．

水素／酸素／不活性ガス混合気火炎の層流燃焼速度を測定した．直径 7mmと10mmのノズルバーナを用い，シュリーレン法により火炎の流れに対する傾斜角を求め，未燃ガス速度はレーザドップラ流速計を用いて測定した．その結果，同一燃料濃度の混合気を比較すると，不活性ガスとしてヘリウムを用いた際の燃焼速度が最も大きく，続いてアルゴン，窒素の順であった．また不活性ガスの種類によらず，最大燃焼速度は当量比約 1.8で得られることが明らかとなった．

燃焼の基礎に関する講習会における気体の燃焼に関する教材

加熱平板上における単一燃料液滴の蒸発過程と着火過程の関連を明らかにするために，直径約 2mmのｎセタン液滴が加熱板に接した後の任意の短い時間内の蒸発量をライデンフロスト点以上の加熱板表面温度で測定した．さらに，これらの実測値を用いて，球対称の非定常拡散方程式を数値的に解き，液滴周囲の燃料濃度分布を得た．その結果，着火遅れ時間において理論混合気が形成される位置が計算より求められ，この位置は着火時における初期火炎の位置の観察結果とよく一致した．

平板壁温を常温〜300℃まで100℃おきに変化させた際の平板乱流境界層における速度と温度の乱れ構造を，温度補償を行なった熱線流速計を用いて，実験的に研究した．その結果，温度境界層の構造には熱負荷の違いによる顕著な変化は見られないにもかかわらず，加熱平板より流体に与えられる熱負荷が増大するにつれ，その影響が速度の乱流境界層の大局的構造に対してのみならず微細構造にも大きく現われることが明らかとなった．

多孔質平板上に形成される境界層内に，多孔質平板より燃料を一様に吹き出す際に形成される二次元拡散火炎の火炎基部の不安定性には，二種類の不安定現象が存在することを実験的に明らかにした．ひとつは流れが層流の場合に観察される不安定であり，他のひとつは，流れが乱流になると観察される．この乱流時に観察される不安定は，火炎基部に流入する流れの乱れ強さが，燃料によって定まる臨界乱れ強さをこえると発生する．

静止大気中における水素／窒素混合気の自由噴流拡散火炎の層流火炎から乱流火炎への遷移を調べた．噴流のレイノルズ数と乱流遷移点の関係を観察し，噴流の動粘性係数の大小により２種類の遷移の形態が存在することを示した．さらに，乱流遷移点における局所的条件に基づく有効レイノルズ数を提案し，この値があるしきい値をこえた時に層流火炎から乱流火炎への遷移が起ることを明らかにした．

多孔質平板上に形成される境界層内に，多孔質平板より燃料を一様に吹き出す際に形成される二次元拡散火炎の火炎基部の不安定性には，二種類の不安定現象が存在することを実験的に明らかにした．ひとつは流れが層流の場合に観察される不安定であり，他のひとつは，流れが乱流になると観察される．この乱流時に観察される不安定は，火炎基部に流入する流れの乱れ強さが，燃料によって定まる臨界乱れ強さをこえると発生する．

乱流平板境界層内に，壁面より燃料を一様に吹き出す際に形成される拡散火炎の温度を，周波数特性を電気的に補償した熱電対を用いて測定し，種々の統計量（平均温度，乱れ強さ，確率密度分布，パワースペクトル分布）を求め，熱的構造に検討を加えた．測定結果より，温度変動の乱れ強さは，境界層全域で，平均温度の勾配に強く関係しており，また，火炎帯近傍では，火炎帯のゆれや，高温燃焼ガスと低温未燃ガスの混合が重要な役割りを果すことが明らかとなった．

固体推進剤表面における火炎伝播の実験結果に基づき，火炎伝播モデルを提案した．主燃焼部より下流の第２の燃焼部の発生は，燃焼ガスの主流への吹出し効果に起因すると考え，燃焼部より吹出した高温ガスと主流ガスの混合ガスによる対流熱伝達によって未燃部の表面温度が上昇し，着火に至る火炎伝播モデルを提案した．本モデルを用いて燃焼部の広がりおよび未燃部の表面温度の時間変化などを数値計算によって予測し，実験結果との良好な一致を示した．

乱流平板境界層内に，壁面より燃料を一様に吹き出す際に形成される拡散火炎の平均流速，変動速度の乱れ強さ，平均温度および変動温度の乱れ強さを測定し，乱れの構造について検討を加えた．流速はレーザドップラ流速計を用いて，また，温度は，電気的に周波数特性を補償した熱電対を用いて測定した．測定結果より，速度変動ならびに温度変動の乱れ強さはそれぞれ平均流速ならびに平均温度の勾配と強く関係していることが明らかとなった．

平板のよどみ点流れにおいて，希薄プロパンー空気混合気の消炎限界を，表面温度，混合気の濃度と速度と温度を変化させて調べた．最高火炎温度と火炎位置も測定した．その結果消炎限界は1000℃迄加熱された表面の性質には全く影響されないことが判った．他方，混合気を予熱すると火炎温度が高くなり，消炎限界も広がる．消炎時における最高火炎温度と火炎位置は，速度勾配を考慮すれば，ほとんど一定の値となり実験に用いた他のパラメタには依存しない．本研究の結果は，境界層に相対的な火炎位置，消炎の原因となる下流への熱損失に相対的な火炎伸張の重要性、限界温度の概念の有効性を示している。

固体ロケットモータにおける火炎伝播機構を明らかにするために，単純化した系で火炎伝播の実験を試みた．主流ガスに窒素を用い，大気圧下で試料表面の上流端に着火し，燃焼部の広がりを観察した．その結果燃焼部は連続的に広がるのみならず，低流速の場合には燃焼部から離れた下流未燃部に第２の燃焼部が発生することを見出した．さらに未燃部の表面温度履歴を測定した結果，表面温度は時間と共に単調には増加せず，温度上昇が停止し，一定温度に保たれる期間があることを見出した．

種々の酸素濃度を有する雰囲気中における水素噴流拡散火炎の安定性を調べた．窒素，アルゴン，ヘリウム等の不活性ガスを周囲及び燃料中に添加し，その影響を調べ，さらに円管バーナ径の影響も検討した．その結果，燃料噴流中の燃料濃度及び周囲気体中の酸素濃度の減少と共に火炎の安定性が低下することが明らかとなった．さらに安定限界時の燃料噴出速度は，燃料噴流と周囲気体を混合した際に得られる最大燃焼速度に強く依存することが明らかとなった．