噴霧の保炎機構を再検討するための微小重力環境を利用した冷炎燃え広がりに関する研究

微重力环境冷焰传播研究重新审视喷雾持焰机理

基本信息

批准号：
19K04843
负责人：
野村浩司
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

噴霧火炎基部や燃料予蒸発管内で起こりうる燃料液滴の冷炎点火・燃え広がりに着目し，噴霧を単純化した燃料液滴列を対象にし，基礎的な研究を行った．軸対称な火炎燃え広がりが実現される微小重力環境を利用した実験を行うことで，数値シミュレーションの検証を容易にする計画である．2022年度は，開発した熱線式定温度型冷炎強制点火装置を用い，北海道のコスモトーレ落下塔（微小重力時間：2.5 s）で実現した微小重力場においてデカン燃料液滴列の冷炎燃え広がり実験を高温雰囲気中で行った．冷炎燃え広がり速度計測を行うため，バックリット法と高速度ビデオカメラを用いた．液滴直径履歴を計測し，液滴直径の2乗の変化率が変化する現象が液滴列に沿って伝わるその伝播速度から冷炎燃え広がり速度を計測した．成果は，NASAの液滴冷炎研究チームに報告し，評価を受けた．コスモトーレでの微小重力実験を7回行い，5回分の実験データを取得できた．液滴生成部から実験部である高温容器に異動する際に一部の液滴が脱落したり実験装置が誤作動した実験が3回あり，液滴列燃え広がり速度が取得できたのは2回の実験であった．雰囲気温度523 K，強制点火までの待ち時間1.0 s，無次元液滴間隔2.7および5.3の条件における冷炎燃え広がり速度は，それぞれ17.9 および25.4 mm/sであり，熱炎燃え広がりに比較して非常に遅いことがわかった．これは，世界初の冷炎燃え広がり速度の測定結果である．冷炎燃え広がりの数値シミュレーション・コードが完成し，初期条件を変えながら計算を行った．雰囲気温度と強制点火までの待ち時間を変更することにより，二つの燃え広がりモードが現れた．一つは，熱の伝達により燃え広がりが進行するモードであり，もう一つは時間差を伴う連続した自発点火のモードであった．このモード遷移の検証と燃え広がり速度の定量的比較を今後行う．

我们着眼于喷雾火焰底部或燃料预蒸发管中可能发生的燃料液滴的冷焰点火和火焰蔓延，针对喷雾的简化版燃料液滴阵列进行了基础研究。我们计划通过使用实现轴对称火焰蔓延的微重力环境进行实验来促进数值模拟的验证。 2022年，我们将利用所开发的热丝恒温冷焰强制点火装置，在北海道Cosmotore落塔（微重力时间：2.5秒）实现微重力场中癸烷燃料液滴阵列的冷焰蔓延实验。是在高温气氛下进行的。使用背光法和高速摄像机来测量冷焰传播速率。测量液滴直径历史，并根据液滴直径的平方的变化率沿着液滴阵列变化的现象的传播速度来测量冷焰传播速度。结果报告给美国宇航局的液滴冷焰研究小组并进行评估。我们在Cosmotore进行了七次微重力实验，并获得了五次实验的实验数据。在实验部中，从液滴发生部转移至高温容器时，有3次液滴脱落或实验装置发生故障的情况，在2次中得到了液滴列火焰蔓延率的实验。。在环境温度为523 K、强制点火等待时间为1.0 s、无量纲液滴间距为2.7和5.3的条件下，冷焰蔓延速度分别为17.9和25.4 mm/s，与相比之下是极其缓慢的。到了火热蔓延的时候，已经晚了。这是世界上第一个冷焰传播速率的测量结果。完成了冷焰蔓延的数值模拟代码，并在改变初始条件的情况下进行了计算。通过改变环境温度和强制点火的等待时间，出现了两种火焰蔓延模式。一种是由于传热而火焰蔓延的模式，另一种是具有时间滞后连续发生自燃的模式。未来我们将验证这种模式转变并定量比较火焰蔓延速度。

项目成果

期刊论文数量（30）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Scope of PHOENIX-2 Sounding Rocket Experiment, “Cool Flame Dynamics in Multi-droplet Ignition”

PHOENIX-2 探空火箭实验范围，“多液滴点火中的冷火焰动力学”

DOI：
10.15011/jasma.37.4.370401
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mitsuaki TANABE; Masanori SAITO; Yusuke SUGANUMA; Masato MIKAMI; Masao KIKUCHI; Yuko INATOMI; Osamu MORIUE; Hiroshi NOMURA
通讯作者：
Hiroshi NOMURA

Influence of Difference in Ambient　Temperature and Inter-Droplet Distance on Cool Flame Spread Behavior of Fuel Droplet Array

环境温度和液滴间距离差异对燃料液滴阵列冷焰蔓延行为的影响