JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
64018000.pdf1.07 MB
title詳細シミュレーションによる水素噴流浮き上がり火炎の構造解析
Other TitleNumerical study of the flame structure of a hydrogen jet lifted flame by detailed simulation
Author(jpn)溝渕 泰寛; 新城 淳史; 松山 新吾; 小川 哲; 竹野 忠夫
Author(eng)Mizobuchi, Yasuhiro; Shinjo, Junji; Matsuyama, Shingo; Ogawa, Satoru; Takeno, Tadao
Author Affiliation(jpn)宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 計算科学研究グループ
Author Affiliation(eng)Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Computational Science Research Group, Institute of Aerospace Technology
Issue Date2008-02-29
PublisherJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
宇宙航空研究開発機構
Publication date2008-02-29
Languagejpn
AbstractA real-size hydrogen jet lifted flame is successfully reproduced by a highly resolved time-dependent 3-D numerical simulation with detailed chemistry and rigorous transport properties. The analysis based on Flame Index clearly shows that the lifted flame is not a single flame but consists of three flame elements; (1) a stable leading edge flame, (2) diffusion flame islands floating on the outer side of the lifted flame, (3) inner vigorously turbulent rich premixed flames. The stable laminar leading edge flame of ring shape has a triple flame like structure and is stabilized outside the turbulent jet where the incoming flow almost balances with the burning velocity. The combustion in diffusion flame islands can be explained by the conventional laminar flamelet concept, although they take island-like shapes. The island-like shapes are produced by the unsteady turbulent behavior of inner rich premixed flame. In the inner vigorously turbulent rich premixed flames, flame structures that are largely deviated from the laminar flamelet concept are observed. The turbulence scales and the flame structure scales are in the same order and turbulent eddies can easily penetrate into the flame internal structures.
詳細な化学反応過程および流体の輸送特性を組み込んだ十分な解像度を有するシミュレーションにより、実スケールの水素噴流浮き上がり火炎を数値的にとらえることに成功した。Flame Indexを用いた解析により、浮き上がり火炎は単なる1つの火炎ではなく3つの火炎要素を含んでいることが分かった。すなわち、(1)3重火炎的な構造をもつリング状の安定な先端火炎、(2)浮き上がり火炎外側に島状に形成される島状拡散火炎、(3)浮き上がり火炎内側で噴流の乱れの影響を強く受けている内側過濃乱流予混合火炎、である。先端火炎についてはリング状の先端火炎中に、火炎の伝播速度と火炎に流入する混合気の速度がつりあう部位が存在することにより火炎が安定化されていることが推定された。島状拡散火炎については、特異な形状をもつものの、その中での燃焼は従来の火炎の概念で説明できること、その生成は内側にある乱流過濃予混合火炎の非定常の挙動によるものであることが示された。内側乱流過濃予混合火炎では、従来の火炎の概念から大きく外れた火炎構造が観察され、そこでは乱流渦のスケールと火炎構造のスケールが同程度であり流体の乱れが火炎内部構造に影響を与えやすい状態にあるということが分かった。
DescriptionJAXA Research and Development Memorandum
宇宙航空研究開発機構研究開発資料
Keywordsjet flow; diffusion flame; hydrogen; flame structure; flame propagation; reaction kinetics; lifted flame; flame stability; computerized simulation; high resolution; transport property; turbulent flame; 噴流; 拡散炎; 水素; 火炎構造; 火炎伝播; 反応動力学; 浮上り火炎; 火炎安定性; 計算機シミュレーション; 高分解能; 輸送物性; 乱流炎
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発資料
ISSN1349-1121
SHI-NOAA0064018000
Report NoJAXA-RM-07-018
URIhttps://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/31710


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