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液体燃料表面上を伝ばする火炎先端近傍の濃度分布
燃機正 ホ小西 忠司(大分高専) 燃機正 伊藤昭彦(大分大工) 機正 鳴海明(神奈川工大)
1，まえがき 液体燃料表面上を伝ばする火炎の研究は、火炎伝ば機構
の解明のみならず防災面においても重要である。 ー 火炎伝ぱ機構は、液体の燃料温度により異なり、特に、 燃料温度が引火点よりも低い sub-f1ash領域における振動
伝ば現象は、液体燃料に特有な現象であり、その機構の解 明が望まれている(1)0 Schilerら(2) の数値計算は、火炎の 浮力によって誘起された強制対向流と表面張力流 (S甘・) によって生じた空気流が、火炎前方に再循環流を形成し、 この再循環流が、燃料蒸気を蓄積して火炎前方に可燃領 域を形成することを示しており、再循環流の存在を振動 伝ぱの主因としている。一方、著者らは、 STFによって火 炎先端前方へ輸送された高温液体表面からの分子拡散で 可燃領域を形成する可能性があること、再循環領域が存 在するとしてもそれが STFに起因している乙となどから 振動伝ぱの主因は液相側にあるとして前報 (3) に示したモ デルを提案した lペ
この問題を解決するには、火炎先端近傍におけるガスの 速度分布、燃料蒸気濃度分布の測定が必要である。前報に ていずーシート粒子追跡法 (PTLS)を用いて火炎先端近傍の 気相および液相の速度分布を詳細に測定した。本報では、 前々報 (5)にて測定した非定常蒸気濃度分布と前報の気相 速度分布を用いて、拡散方程式における対流項の影響 を 検討した。また、対流項を含んだ条件で測定ができるこ波 長ホログラフィを用いて、火炎先端近傍の気相における 燃料蒸気濃度を測定した。
2. 実験装置および実験方法
図 1に本実験に使用した二波長加ゲう7ィ光学系を示す。
40mWの Ar+レーザー(波長 48.0m) と 50mWの He-Neレー ザー(波長 632.8m)から発射された光は、アリス.Aで一つ になった後、物体光と参照光に分けられる。参照光は、ス
イシャ)~7イ)y夕、凸レンズを通って乾板に、物体光は、スヘ。シャJv7イ
)~夕、凸レンス.、試験部を通過して乾板に照射される。乾板
は、 Agfa社 10E75(解像度3000lines/mm)を使用した。 測定は、実時間法で行い、燃料の入っていない状態で第一 露光し、燃料を入れて火炎を伝ぱさせた時の温度・濃度に よる屈折率の変化が干渉縞として現れる。干渉縞の撮影 は、 シャッタースピード1I125sでモータードライプ (6J'"i/s) により 撮影した。
試験部に設置した燃料容器は、幅 40mm、深さ 25mm、 長さ 200mmのパイレックス製であり、側壁の板厚は2mm である。燃料は、 n-7"口J¥O }-)vを使用し、燃料容器の一端か
らハ。イロットフレームにより着火される。燃料温度は、燃料容器中 心、液面下約 2mmに設置した線径 50μmの CA熱電対に より 、周囲空気温度は、燃料容器上部に設置した同種の熱
第 35回燃焼シンポジウム ('97.1東京) -368-
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図 1
二波長加グう7ィ光学系
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電対により測定した。また、火炎伝ぱ速度の測定と火炎の 形状 (2、3次元性)を観察するためにビデ才カメラを設 置した。
一般的に、二波長加グう7ィにおける濃度・温度の算出式 は次式で表される。
Tよ3P(R叫 lDU司 RαuDλ1) •• 2R(0λlDU・OuDλ1)
C (2) o=n-l
D=尽-Rα
ここで、 P:圧力、 R:一般ガス定数、 n:屈折率、 "R:分
子屈折、添字は、入l:Arの波長、 λ2:He-Neの波長、 α:燃 料、 s:空気である。
二波長ホログラフィは、光の波長による屈折率の変化 (分散)により温度 ・濃度を測定できる。濃度変化と温度 変化による干渉縞の変化の度合いがほぼ等しい場合にお いて (1)(勾式が適用できる。しかし、燃焼場のように火 炎周りの温度変化による屈折率の変化に比べて、蒸気濃 度変化による屈折率の変化が著しぐ小さい場合は、分散 による干渉縞変化が小さいので干渉縞の読みとり誤差に
よって (1)(司式で求めた温度・濃度は誤差が生じやすい。 従って、今回の解析では、各波長毎に求めた濃度分布を次 式により求めた。
c-=λNj β) L以KAb)
lV.1f ここでM:分子量、1(':Gladstone-Dale定数、 L:ハ。スレンゲ
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