論文

燃焼場の可視化と計測法に関する講習会におけるレザーシート法による火炎形状の可視化に関する教材

高温のチャンネルを通過する乱流に関し，LDVと抵抗線温度計を用いて速度－温度相関が調べられた．中心平均速度15m/s，壁面の最大熱流束は50,000W/m2，最高壁温は1,000Kである．その結果，組織的な流体運動が，壁面近傍の強い加熱により変化する．すなわち，流体のエジェクションが活発となり，その結果乱流熱流束に及ぼす大きなスケールの渦運動の影響が増大する．しかし，全体的な乱流熱伝達は顕著には変化しないことなどが明らかとなった．

高温のチャンネルを通過する乱流の特性が，レイノルズ数14000，壁温約1000Kで実験的に調べられた．その結果，主流とそれに直角方向の速度変動のRMS値，およびその相関値は，粘性散逸が温度と共に増大するために壁近傍を除く温度境界層内で減少する．他方，壁近傍では熱膨張のために間欠的混合が促進され，統計量の減少を打消し，その結果統計量はほとんど変化しないことなどが明らかとなった．

よどみ流中に形成される希薄プロパン／空気乱流予混合火炎の火炎曲率と乱流燃焼速度が測定された．その結果，未燃ガスの乱れ強さと平均の伸張率が一定に保たれていても，層流燃焼速度と乱流燃焼速度の比は当量比により変化し，火炎の曲率もまた当量比により変化することが明らかとなった．すなはち，火炎の曲率は層流燃焼速度と共に変化し，そしてそれが乱流燃焼速度に影響を及ぼす．

たばこ粒子の拡散過程に関する流体力学的考察の研究報告

火炎伸張，火炎曲率，壁面への熱損失がよどみ流中に形成される乱流予混合火炎の安定性に及ぼす影響を調べた．ルイス数が１より小さい希薄メタン／空気火炎はルイス数効果により強められるため，火炎は壁面の近傍に形成される．その結果，壁面への熱損失は火炎の安定に影響を及ぼし，それと全体の火炎伸張，すなわち，流れの広がりに基づく伸張と火炎の曲率に基づく伸張の和，の両者の影響を受けて消炎する．他方，ルイス数が１より大きい希薄プロパン／空気火炎は全体の火炎伸張により消炎する．

要旨　層流よどみ流中に形成される希薄予混合火炎の消炎に，火炎伸張と熱損失が及ぼす影響をルイス数(Le)効果に着目して検討した．その結果，Le>1の希薄プロパン/空気火炎は火炎伸張のみにより消炎し，Le<1の希薄メタン/空気火炎はLe数効果により火炎が強められるため火炎伸張のみならず壁面への熱損失の影響も受けて消炎し，それよりもさらにLe数の小さい希薄メタン/(CO2+O2)火炎では壁面への熱損失が消炎に対して支配的となることが明らかとなった．

高温に加熱された２次元チャンネル流の乱流構造を詳細に検討した．壁温は700℃，レイノルズ数は14,000まで調べられた．その結果，無次元化された平均速度分布と温度分布及び温度変動の乱れ強さには壁を加熱した影響は顕著に表れず，また速度変動の乱れ強さは壁の近くでは変化しないが，壁から離れた位置では抑制されることが明らかとなった．この現象は，乱れの生成と粘性散逸，及び乱れの間欠性に基づいて説明することができた．

よどみ流中に形成されるプロパン／空気予混合火炎を対象に，直径2μｍ以下の微小名シリコンオイル液滴を用いたミィ散乱法の有用性を検討した．未燃混合気にシリコンオイルを添加し，レーザ光を火炎帯より上流側に照射すると，シリコンオイルによる明確なミィ散乱が観察される．一方，レーザ光を火炎帯より下流側に照射すると，火炎帯において蒸発したシリコンオイルから形成されるケイ素酸化物の固体粒子により，微弱なミィ散乱が観察された．また，火炎位置および希薄消炎限界に関しては，本研究で行なった程度の液滴粒子密度(400個／cc)では、シリコンオイル添加の影響は見られなかった。

よどみ流中に形成される希薄プロパン／空気乱流予混合火炎の消炎を実験的に検討した．レーザドップラ流速計を用いてよどみ流線上の速度分布を測定し，平均流による火炎伸張率を求めた．他方，レーザトモグラフィ法を用いて可視化した写真から乱れによる火炎伸張率を求めた．その結果，前者は乱れ強さの増加と共に減少するのに対し，後者は増加する．この両者の和を全体の火炎伸張率とすると，同一流速では層流火炎の平均流の火炎伸張率と等しい．このことから，乱流火炎の消炎機構は，全体の火炎伸張で説明できる．

加熱平板上に置かれた水／油エマルジョン液滴のミクロ爆発に及ぼす圧力の影響を実験的に検討した．エマルジョンは，各種ｎーパラフィンと蒸留水から成り，さらにスパン80とトウヰン80をＨＢＬ値が5.3になるように混合した安定剤を体積で2%混合した．初期液滴径は1.9mm，加熱板の温度は600℃，圧力は最大5atmまで変化させた．その結果，液滴の分裂が起るには，最適の圧力範囲が存在することが明らかとなった．

未燃ガスに対して凸の曲率を有する，ロッド上に保持される倒立予混合火炎の基部において，熱線CT手法により熱線源強度分布を測定し，燃焼強度を詳細に検討した．その結果，ルイス数(Le)がLe>1の場合には火炎基部で燃焼は弱められ，Le<1の場合には火炎基部で燃焼は強められることが明らかとなった．このようなふるまいは，すでによく知られている，未燃ガスに対して凹の曲率を有するブンゼン火炎先端と，全く逆のふるまいである．

格子乱流が高温のスクリーンを通過した直後の発達領域において，速度と温度の平均値と変動値を測定した．その結果，以下のことが明らかとなった．スクリーン直後においては，速度分布も温度分布も流れの断面方向に非一様であり，下流へ行くにつれて徐々に一様となる．また，乱流エネルギは，加熱スクリーンからの距離の増大と共に散逸する．そして，その散逸速度は，空気温度が高いほど増大する．

層流平板境界層内に，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基部の流体力学的構造に実験的検討を加えた．重力は，火炎基部より下流だけではなく，火炎の存在しない上流部の境界層速度分布にも顕著な影響を与える．これは，重力が境界層内の局所圧力分布に影響を与え，その結果速度分布を変化させたものと思われる．また，主流の流れ方向への加速・減速も，境界層内の速度分布に影響を与えることが明らかとなった．

格子により乱れを添加された空気流に平行に層流水素噴流を噴出させた際に形成される火炎を対象として温度場を測定した．層流火炎と乱流火炎の火炎長の比は，乱流レイノルズ数に比例すること，従って積分スケールは重要なパラメタであることが明らかとなった．さらに，Wrinkled Laminar Flameletモデルの適応の妥当性を検討した結果，本研究の対象とした乱流火炎は W.L.F. の性質を有することが明らかとなった．

層流平板境界層内に，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構造に関して，数値解析的検討を加えた．境界層内の微小な圧力変化を考慮に入れるため，境界層近似は用いず，だ円型支配方程式を用いた．化学反応としては，メタン／空気の一段不可逆反応を仮定し，アレニウス型の反応速度式を用いた．計算結果より，火炎基部近傍では，燃料と空気が予混合化されていることが明らかとなった．