水素― 二酸化炭素混合燃料の噴流拡散火炎に対する音響励振の効果

 社会の持続可能性が強く意識されるようになるなか,燃焼技術に対する要求は近年ますます高まっており,より高精度な燃焼制御の技術が求められている.音響励振はその可能性の一つである.例えば噴流火炎に音波を加えると,火炎形状を変化させたり,浮き上がり火炎の安定性を向上させたりすることができる.また液滴燃焼を定在音場で行うと,熱音響流の効果によって燃焼が促進される.このような音波の効果は,非接触で制御を行う新たな燃焼技術として応用できる可能性がある.

 噴流拡散火炎に横から音波を加えると,その励振効果によって火炎が短くなったり分岐したりし,その際に火炎内部の燃料噴流が蛇行したり分岐したりする.火炎形状の変化は,基本的には燃料噴流を中心とした流れ場の変化に伴って引き起こされていると考えられるが,そのメカニズムは未だ明らかにはなっていない.流れ場を変化させる要因としては流体力学的不安定性やバロクリニックトルクが候補に挙げられる.このうちバロクリニックトルクとは,圧力勾配の向きと密度勾配の向きとが平行でないときに流体に作用する回転力を指す.もし,このバロクリニックトルクが音響励振効果を支配する要因であるなら,流れ場内の密度勾配を変化させることで励振効果も変化し,火炎形状が変わるはずである.そこで本研究では,燃料を水素と二酸化炭素の混合気体として,その混合比を変えて拡散燃焼させることにより,燃焼場の密度分布を変化させて,音響励振効果がどのように変化するかを調べる.また,実験結果に基づいてバロクリニックトルクの強さを評価し,その強さと励振効果との関係を検討する.

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Author: castage

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