︑ 一一
7. 結論
本研究では，先ず，フーリエ・スペクトノレ選点法による直接数値シミュレー ションを行い，乱れの影響を検証できることを明らかにした.次に，分子選択 拡散が火炎に及ぼす影響を明らかにした.さらに，予混合乱流燃焼の直接数値 シミュレーションを行うときに，選択拡散により濃度の不均ーが起きた場合に アレニウス型の反応速度の式では，反応速度が正しく計算できないため，局所 的な濃度変化を考慮、できる反応速度の式を提案した.
以下では， 4章から 6章の結論を示す.
4章では，予混合乱流燃焼に対して数値解析を試み，乱れの火炎に及ぼす影 響を調べ，以下の結論が得られた.
( 1 )フーリエ・スペクトル選点法による予混合乱流火炎伝ぱのシミュレーシ ョンを行い，火炎面に対する乱れ強さやスケーノレの影響を検証できるこ とが明らかとなった. しかしながら，燃焼速度の定量的な予測などを行 うまでには至らなかった.
5章では，スペクトノレ選点法により燃料と酸素の分子拡散を考慮、した予混合 乱流伝ぱ火炎の直接数値シミュレーションを行い，燃料の拡散係数を変化させ てヲ分子拡散の火炎に及ぼす影響を調べ，以下の結論が得られた.
( 2 )反応物中の拡散係数が大きい成分の方が，拡散係数の小さな成分に比べ て濃度勾配が緩やかになっている.
( 3 )局所的に濃度変化している領域は，火炎面の曲率に依存する.火炎面の 曲率が大きい場合の方が，小さい場合に比べて局所的に濃度変化してい る領域が広くなる.
(4 )燃料と酸素の拡散係数が異なる場合，局所的な当量比が変化しているこ とが明らかになった.この場合，反応物中の拡散係数の大きい成分が未 燃側に凸の部分で濃く，拡散係数の小さい成分が既燃側に凸の部分で濃
くなる.
( 5 )これらの傾向は，混合気の初期の当量比によらない.
6章では，局所的な当量比変化を考慮、できる反応速度の式を提案し，予混合 乱流燃焼において直接数値シミュレーションをい，以下の結論が得られた.
( 6 )提案した反応速度の式により，局所的な当量比変化が起こった場合に，
局所的な燃焼速度の変化を定性的には検討できる.
64
( 7 )燃料と酸素の拡散速度が異なる場合，初期の火炎の曲率に起因して，JR 所的な当量比変化が起こる.その場合，火炎の未燃側に凸の領域で，拡 散速度の速い成分が集まる.
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[113 ]高田民2 機械計算法
[11付4]生井コ井上，
J
4味来粘占性流体の力学，刊，:2理 工学社， 1987 [卯1日l円叫5斗].7.水k
谷， 燃焼工学ヲ:森北出版， 1ω98ω 9[116]保原，大宮司， 数値流体力学ヘ東京大学出版， 1992
[117]. Fletcher， C. A. J， コンピュータ流体力学ヘ Springer
ベ
ferlagTokyo， 1993 [ 118]数値流体力学編集委員会編， 燃焼.希薄流.混層流.電磁流体の解析析‑東京大学出版， 1995
[119]. Kido， H.， and Hu ang ， S.， "Diagrammatic Representation of Models for the Burning Velocity and Flame Structure of Premixed Turbulent Flames"コJS恥伍
Intemational Journal， No.3， Vo.137， Series B， pp.618‑628， 1994.
謝 辞
本研究の機会を与えていただき，本研究を進めるに際し，終始ご懇切なご指 導を賜った九州大学工学部 城戸裕之教授に，深い感謝の意を表します.
本論文作成にあたり，九州大学工学部 小野信輔教授，金山 寛教授にはヲ ご多忙中にも関わらず，ご査読と貴重なご助言を賜ったことに対し，厚く御礼 申し上げます.
また，九州大学工学部 北川敏明助教授には，研究面で重要なご意見やご助 言を賜り，また，研究者としてのあり方もご指導いただき，まことにありがと
うございました.
九州大学大学院総合理工学研究科 高崎講二教授，九州大学工学部 村瀬英 一助教授，北原辰巳助教授，平山義則講師には，研究に関して多角的な見地か
らご意見を賜り，大変感謝いたしています.
大分大学工学部 田上公俊講師には，研究のみでなく様々なことで大変お世 話になり，感謝し¥たしています.
九州大学工学部 中島健四郎助手には，実験装置や器具の作成，使用方法な どをご指導いただき，深い感謝の意を表します.
九州大学工学部 久留須助手，安部技官，上田技官，中屋技官には実験を行 う上でご助言をいただき，感謝し¥たしています.
実 験 方 法 や 計 算 方 法 な ど に つ い て ご 助言をいただいた中原真也氏，
J o k o S u l i s t y o n o
氏，Dilmurat Barat
氏(し¥ずれも当時九州大学大学院学生)に感謝します.
また，本研究では，井上君，石井君，宮本君，武本君，橋本君，大石君，永 田君(し1ずれも当時九州大学大学院学生)，松本君，福島君(し¥ずれも当時九州 大学工学部学生)に手助け頂き，大変お世話になりました.
最後になりましたが，この 7年間お世話になりました内燃機関研究室の皆様 に深く御礼申し上げます.
月 攻
U
川12専 止 め 制 球
今
日 一 酬 ︑ 戸
時 械
74
付録
Reduced k i n e t i c mechanism
本研究では，反応機構を一段不可逆反応として，直接数値シミュレーショ ン を行ったが， さらに乱流火炎を正確に検討するためには反応機構に Reduced kinetic mechanismを用いた直接数値計算を行ってして 必要がある.ここでは?
メタン混合気の Reducedkinetic mechanismについて説明する .Reduced kinetic mechanismは， 完全化学反応機構から比較的重要度の高くない化学種 が関与する素反応について定常状態を仮定して，化学反応機構を簡単にする試 みである.メタンの反応機構は，四段のReducedkinetic mechanismで計算す
ることができる.その四つのステップは， 1. CH4 + 2H + H20 <=> CO +4H2 II. CO+H20 <=> CO2 +H2 III . H + H + M <=> H2 + M N. O2 +3H2 <=> 2H+2H20 である.各ステップの進行速度は，
ω=ω3.f +I ω <‑V5.f
uJrII r = ‑uJ'^'"36J c r ‑UJ '^'36，b
ω =ω + ω + ω32.f I <‑V34.f I <‑V43.f +I ω VJ52.f
ωrv‑ω41.f ‑uJ41.b +ω f
となる.ここで， ωiJ' ωi.bはTable 1[付 1]のi番目の素反応の正方向及び逆方 向の反応速度を表す.
Table 1 Full kinetic mechanism (CH4)
No. Reaction B n E CH3 + H + M <=> CH4 + M 8.00E+26 ‑3.0
。
2. CH4 + O2 <=> CH3 + H02 7.90E+ 13 0.0 56000. 3 CH4 +H <=> CH3 +H2 2.20E+4 3.0 8750. 4. CH4 + 0 <=> CH3 + OH 1.60E+6 2.36 7400. 5 CH4 + OH <=> CH3 + H20 1.60E+6 2.1 2460 6 CH3 + 0 <=> CH20 + H 6.80E+13
。 。 。
7 CH3 + OH <=> CH20 + H2 1.00E+ 12 0.0 O. 8. CH3 + OH <=> CH2 + H20 1.50E+ 13
。 。
50009. CH3 +H <=> CH2 + H2 9.00E+ 13 0.0 15100
Tab!e 1 Full kinetic mechanism (CH4)
10. CH2 + H <=> CH + H2 1.40E+ 19 ‑2.0
。
11 CH2 + OH <=> CH20 + H 2.50E+13
。 。 。
12 CH2 + OH <=> CH + H20 4.50E+13
。 。
300013 CH + O2 <=> HCO + 0 3.30E+ 13 0.0
。
14. CH+O<=>CO+H 5.70E+13 0.0 O. 15 CH+ OH <=> HCO + H 3.00E+13
。 。 。
16. CH + CO2 <=> HCO + CO 3.40E+ 12 0.0 690 17. CH2 + CO2 <=> CH20 + CO 1.10E+ 11
。 。
100018. CH2 +0 <=> CO+H+H 3.00E+13
。 。 。
19. CH2 + 0 <=> CO + H2 5.00E+13
。 。 。
20. CH2 +02 <=> CO2 +H+H 1.60E+ 12
。 。
1000.21 CH2 + O2 <=> CH20 + 0 5.00E+ 13
。 。
900022 CH2 + O2 <=> CO2 + H2 6.90E+ 11
。 。
50023 CH2 + O2 <=> CO + H20 1.90E+ 10 0.0 ‑1000 24 CH2 + O2 <=> CO + OH + H 8.60E+ 10 0.0 ‑500. 25 CH2 + O2 <=> HCO + OH 4.30E+ 10
。 。
‑50026 CH20 + OH <=> HCO + H20 3.43E+9 1.18 ‑477. 27 CH20 + H <=> HCO + H2 2.19E+8 1.77 3000. 28. CH20 + M <=> HCO + H + M 3.31E+16 0.0 81000 29 CH20 + 0 <=> HCO + OH 1.81E+13 0.0 3082 30. HCO+OH<=> CO+H20 5.00E+ 12
。 。 。
31 HCO + M <=> H + CO + M 1.60E+ 14
。 。
14700.32. HCO + H <=> CO + H2 4.00E+ 13 0.0
。
33 HCO + 0 <=> CO2 + H 1.00E+ 13
。 。 。
34 HCO + O2 <=> H02 + CO 3.30E+ 13 ‑0.4 O. 35 CO+O+M<=> CO2 + M 3.20E+13
。 。
‑420036. CO+OH<=>C02+ H 1.51E+7 1.3 ‑758. 37. CO+02<=>C02+O 1.60E+ 13 0.0 41000 38. H02 + CO <=> CO2 + OH 5.80E+13 0.0 22934. 39 H2 + O2 <=> 20H 1.70E+13
。 。
47780 40. OH+H2 <=>H20+H 1. 17E+9 1.3 3626 41 H+02 <=> OH+O 5.13E+ 16 ‑0.82 16507 42. 0 + H2 <=> OH + H 1.80E+10 1.0 8826 43 H+02+M<=>H02+ M 3.61E+17 ‑0.72 O. 44. OH + H02 <=> H20 + O2 7.50E+ 12。 。 。
76