多次元多変量レーザ計測による乱流予混合火炎の構造解明とモデル化

使用多维多元激光测量对湍流预混火焰进行结构阐明和建模

基本信息

批准号：
13J08425
负责人：
城地文音
金额：
$ 2.53万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，複数化学種濃度と流体速度の時系列レーザ計測法により構築された世界最先端の多次元多変量時系列レーザ計測法を，実用燃焼器を模擬した各種燃焼器に適用し，高圧・高レイノルズ数乱流予混合火炎の構造を解明するとともに，種々の燃焼場に適用可能なLESのためのSGS燃焼モデルを構築・検証するため知見を得る事を目的としている．平成26年度は，高強度乱流中に形成される部分予混合気の自着火及び火炎の不安定現象について検討を行うため，プラズマヒーターを用いて高温度・高レイノルズ数乱流条件下で燃料を噴射（Jet-in-Hot-Coflow，JHC）し，そこに形成される浮き上がり火炎を対象として多次元多変量レーザ計測を行った．時系列ステレオ粒子画像流速計（PIV）による速度計測結果からCo-flow中，強いせん断が生じる領域及び噴流中心における乱流強度，積分スケール等の乱流統計量を明らかにし，熱電対による温度計測と併せて，当該実験装置を用いることで実現可能な乱流及び温度条件とその同時再現性を明らかにした．時系列CH2O/OH同時平面レーザ誘起蛍光法（PLIF）計測法結果から，浮き上がり高さ（Lift-Off-Height，LOH)を算出し，JHC中に形成される浮き上がり火炎の安定機構は主に自着火現象であること，Co-flowの温度及び乱流強度が自着火特性に対して支配的な影響を持っていることを明らかにした．また，乱流混合を表す重要なスカラー量である，混合分率と温度の定量計測を行なうため，平面レイリー散乱計測とNO PLIFの同時計測法を開発している．

在本研究中，我们将利用多种化学物质浓度和流体速度的时间序列激光测量方法构建的世界上最先进的多维多元时间序列激光测量方法应用于模拟实际燃烧器的各种燃烧器。旨在阐明高雷诺数湍流预混火焰的结构，并获得构建和验证可应用于各种燃烧领域的 LES 的 SGS 燃烧模型的知识。 2014财年，我们使用等离子加热器研究了在高强度湍流中形成的部分预混物的自燃和注入不稳定火焰现象（Jet-in-Hot-Coflow，JHC）以及多维和多变量激光。对那里形成的浮动火焰进行了测量。我们从使用时间序列立体粒子图像测速仪（PIV）的速度测量结果中阐明了强剪切发生区域和协流期间射流中心的湍流强度和积分尺度等湍流统计数据，并测量了此外，我们还阐明了使用实验设备可以实现的湍流和温度条件及其同时再现性。根据时间序列 CH2O/OH 同时平面激光诱导荧光 (PLIF) 测量结果计算了升空高度 (LOH)，发现 JHC 期间形成的升升火焰的稳定机制主要是自持的结果表明，这是一种点火现象，并且协流温度和湍流强度对自燃特性具有主导影响。此外，为了定量测量代表湍流混合的重要标量——混合分数和温度，我们正在开发一种使用平面瑞利散射和NO PLIF的同时测量方法。