微小重力場におけるランダム分散液滴群の燃え広がり機構解明と噴霧燃焼モデルへの展開

阐明微重力场中随机分散液滴的火焰传播机制并开发喷雾燃烧模型

• 批准号: 18J15253
• 负责人: 吉田 泰子
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J15253/
• 关键词: 群燃焼; 液滴燃焼; 干渉液滴; 冷炎; 燃え広がり限界; 微小重力; 噴霧燃焼; 液滴群; 燃え広がり

本研究では噴霧燃焼の機構解明のため，液滴間の燃え広がりに及ぼす液滴干渉の影響について解明することを目的としており，宇宙実験と地上実験の両方からアプローチした．宇宙実験では，5個の液滴を有する液滴群要素実験および最大152個の液滴を有するランダム分散液滴群実験から，液滴間の燃え広がり限界について詳細に調査し，液滴群の燃え広がりメカニズムの解明を行った．その結果，ランダム分散液滴群の群燃焼発現限界付近で複数液滴の同時着火における爆発的現象が観察された．この爆発的現象は燃え広がり経路が複雑化したことにより，燃え広がり経路が深く回り込み，既に着火している別経路の火炎から長い時間加熱され，未燃液滴周囲に可燃性混合気を形成し，深い回り込みによる長い着火遅れ時間が可燃性混合気層の拡大につながり，爆発的現象が発生したと考えられる．また，未燃液滴周囲の可燃性混合気層の形成には冷炎が起因していると考えた．地上実験では，ランダム分散液滴群の一部分を最少液滴数で表現した液滴群要素を用いて要素実験を実施した．要素実験では，2個の干渉液滴を群火炎と見立て，燃え広がり限界付近に配置された未燃液滴周囲で低温酸化反応による冷炎発生の有無を調査した．冷炎は約750Kの低温度領域で発生するため，現在地上実験にて使用している実験装置に赤外線カメラを搭載し，宇宙実験で計測不可能な1000K以下の温度場の可視化を行った．その結果，燃え広がり限界付近において冷炎が発生していることが確認された．このことから，ランダム分散液滴群の群燃焼発現限界付近の条件で観察された，複数液滴の同時着火による爆発的現象は既に形成された周囲の火炎によって未燃液滴の周囲で冷炎が発生し，未燃液滴表面に可燃性混合気層が形成され，長い着火遅れ時間が未燃液滴周りの可燃性混合気層の拡大につながり，爆発的現象に寄与したと考えられる．

在本研究中，我们旨在阐明液滴干扰对液滴之间火焰传播的影响，以阐明喷雾燃烧的机理，我们从太空和地面实验中对此进行了研究。在空间实验中，我们从5个液滴的液滴群元素实验和最多152个液滴的随机分布液滴群实验中详细研究了液滴之间的火焰蔓延极限，并阐明了液滴之间的火焰蔓延极限的机理。 。结果，在随机分布液滴的团燃表达极限附近观察到多个液滴同时点燃的爆炸现象。这种爆炸现象是由于火焰蔓延路径的复杂性造成的，导致火焰蔓延深深地包裹住，并被来自另一条路径的已经点燃的火焰长时间加热，在未燃烧的液滴周围形成可燃混合物。据认为，由于环绕造成的长时间点火延迟导致可燃混合物层膨胀，引起爆炸现象。我们还认为冷火焰是在未燃烧的液滴周围形成易燃混合物层的原因。在地面实验中，使用以最小数量的液滴表示随机分散的液滴群的一部分的液滴群元素进行了元素实验。在元素实验中，将两个干扰液滴视为簇火焰，并在火焰蔓延极限附近的未燃烧液滴周围研究是否存在因低温氧化反应而产生冷焰。由于冷焰发生在大约750K的低温范围内，我们在目前地面实验中使用的实验设备上安装了红外相机，以可视化1000K以下的温度场，这是太空实验中无法测量的。结果，确认在火焰蔓延极限附近产生冷火焰。由此，我们可以得出结论，在接近随机分散液滴群燃烧表达极限的条件下观察到的多个液滴同时点燃引起的爆炸现象，是由周围已经形成的火焰引起的，导致冷焰据认为，这种情况发生了，在未燃烧的液滴表面形成了可燃混合物层，较长的点火延迟时间导致未燃烧的液滴周围的可燃混合物层膨胀，从而导致爆炸现象。 。

项目成果

Flame-spread limit from interactive burning droplets in microgravity

• DOI: 10.1016/j.proci.2018.07.106
• 发表时间: 2019
• 期刊: Proceedings of the Combustion Institute
• 影响因子: 3.4
• 作者: Y. Yoshida;Kentaro Iwai;Kentaro Nagata;Takehiko Seo;M. Mikami;O. Moriue;Tetsuya Sakashita;M. Kikuchi;Takuma Suzuki;Masaki Nokura

Temperature-Field Analysis of Flame Spread over Droplet-Cloud Elements with Interactive Droplets in Microgravity aboard Kibo on ISS

国际空间站 Kibo 上微重力下具有相互作用液滴的液滴云元素上火焰传播的温度场分析

• DOI: 10.15011//jasma.36.360303
• 发表时间: 2019
• 期刊: International journal of microgravity science and application
• 影响因子: 0.9
• 作者: Yasuko YOSHIDA;Takehiko SEO;Masato MIKAMI;Masao KIKUCHI
• 通讯作者: Masao KIKUCHI

Space-Based Microgravity Experiments on Flame Spread over Randomly Distributed n-Decane-Droplet Clouds: Overall Flame-Spread Characteristics

• DOI: 10.1007/s12217-018-9637-2
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: Microgravity Science and Technology
• 影响因子: 1.8
• 作者: M. Mikami;Y. Yoshida;Takehiko Seo;Tetsuya Sakashita;M. Kikuchi;Takuma Suzuki;Masaki Nokura

微小重力場におけるランダム分散液滴群の燃え広がりにおける複雑性に関する一考察

微重力场中随机分散液滴火焰蔓延复杂性研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 吉田 泰子;瀬尾 健彦;三上 真人;菊池 政雄
• 通讯作者: 菊池 政雄