2.0
>
、
8
2.0
〉、
8
1.0
× 町1m
4.2 燃焼反応
燃焼反応は長谷川[99]と同様に一段不可逆反応とし，反応速度ωは式(4.2)のよ うにアレニウスの式に従うものとした.
ωニρif3CTα
p (‑ : 7 ' I
(4.2)¥ .
RTJ
ここで， Cは未燃混合気の質量分率である.
層流燃焼速度SLOの計算はLewisらの方法に従い，密閉容器内を伝ばする球状 火炎の計測法により，以下の式より算出した[109].
(4.3)
ここで
， r o
は燃焼室実体積の等価球半径，
Pmax ~ま理論燃焼圧力 ， P。は初期圧力，pは燃焼室圧力
，
Kは比熱比である.4.3 物性値
数値計算に採用した混合気は，メタン/空気の理論混合気とした.熱伝導率λ 及び、粘性係数μは， 1273Kでの値を Wilkeの式[111]により求めた.また，ルイス 数を1.0とし，求められた物性値は温度及び燃焼による組成変化によらず一定と
した.
反応の頻度因子 Bは，層流燃焼速度の実測値0.387m/sから， Clavinの文献[96] を参考にして求めた.活性化エネノレギ ~E には， Tiggelenら[12]の測定値を用い た.
Table 4.1に計算に使用した混合気の物性値を示す.
Mixture
Table 4.1 Properties of mixture used by calculation CH4+202+7.52N2
Equivalence ratio:ゆ=1.0
Laminar burning velocity : SLO = 0.387 [m/s] Specific heat ratio : K = l.387
Thermal conductivity :λ= 0.0902 [W/m. K]
Coefficient ofviscosity: f.1= 40.80 [凶a.s] Propeties
I
Gas const制 :R = 0.301 [kJ/kg.K]Specific heat抗 constantpressure : Cp=1.078 [kJ/k
g ‑
K]Diffusion coefficient ofreactant :
D
=5.6x10‑4 [m2/s] Heat ofreaction : Q = 2.75x106 [J/kg]Activation energy : E = 167.5 [kJ/mol] Frequency factor : B = 3.0x106 [l/s]
32
4.4
計算結果4.4.1
乱れ強さの影響t=30μs後における未燃混合気の質量分率 Cの分布を，乱れ強さu'が0，2.5， 5及び 10m/sの場合についてそれぞれFig.4.3 (a)， (b)， (c) ， (d) に示す.
乱れがない場合において，圧力上昇率
φ
/dtから式(4.3)により求めた燃焼速度 は0.377m/sであり，実測値よりやや小さな値となった.火炎は円形のまま広が るが，初期条件ではほぼ等間隔に与えていた等高線が高温側で反応速度が大き いため高温側で密になっている.ただし，境界全体の厚さは変化していなし¥乱れがある場合は，火炎は乱れにより初期の形状から変形している.乱れ強 さが大きくなるほど，強い歪みを受けており，曲率の大きな部分が多く生じて いる.
Figure 4.4は，舌
L
流燃焼速度と層流燃焼速度の比 ST/SLOを，実測値[95]と比較し たものである. SiSLOは，乱流火炎の圧力上昇率と層流火炎の圧力上昇率の比と ST/SLOが等しいとして計算した[91].計算値は乱れ強さの増大とともに増加する が，実測値と比較して同一の乱れ強さでの燃焼速度がかなり小さかった.この 原因の一つに，数値計算が 2次元で行われているために，火炎面の 3次元的え 乱れの影響を考慮できなかったことが考えられる.4.4.2
乱れのスケールの影響次に，乱れのスケールの影響を調べるために，層流燃焼速度 0.81m/sの混合気 について，エネノレギースペクトノレが最大となる波数
k
m似を変化させて計算を行っ た.乱れ強さは20m/sで一定とし，
kmaxを1，2および 3mm‑1とした.t=50μsでの未燃混合気の質量分率Cの分布を，ぞれぞれFig.4.5 (a)， (b)， (c) に示す.乱れ強さを大きくしたために既燃領域は大きく歪んでいる .km
ぼ=lmm‑1 の場合には，既燃領域が大きな 2つの領域に分かれようとしている.丸山=2mm‑1 の場合には，大きな既燃領域から引き離されるように小さな領域が形成されて
いる.また，丸山=lmm-1 の場合より火炎面の変形も複雑になっている• k
nω=3mm‑1 の場合には，小さな既燃領域が引き離されるとともに，大きな既燃領域に未燃 領域が入り込んでいる.
Table 4.2に乱流燃焼速度と層流燃焼速度の比を示す.表には積分長さスケー ノレLpテイラーのマイクロスケーノレらおよびコルモゴ、ロフスケーノレ佐も示した.
乱流燃焼速度は，乱れのスケーノレによって変化している • kmax =2mm‑1の場合にp
もっとも乱流燃焼速度が大きかった.このことから，乱れ強さが一定でも燃焼 速度は，乱れのスケールの影響を受け，乱流燃焼速度が最大となるスケールが 存在するものと考えられる.
2.0
〉、
8
2.0
〉、
8
1 .
o
x mm
(a)u':ごOm/s
1 .
o
x mm
(b)u1.と2.5m/s
2.0
2.0
Fig. 4.3 The effect ofturbulence intensities on the propagating f1ame (kmax=2mm‑¥ t=30μs)
34
98
(s吋O(=J'I̲WWZ=XV守)
~WBIJ 8u~W8Bdold ~可lUO S~p~SU~lU~ ~~u~Inqlnl JO P~lJ~ ~可1. ('v '8日
S川
o
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