ナトリウム液滴の燃焼挙動に関する研究; ナトリウム静止液滴燃焼実験; 平成1213年度共同研究成果報告書

Study on combustion behavior of sodium droplet; Combustion experiment of suspended sodium doplet; JFY2000-2001 joint research report

佐藤 研二*

Sato, Kenji*

ナトリウム液滴の燃焼挙動の現象論的解明に向けて、液滴の着火挙動や着火後の燃焼挙動を詳細に把握することを目的に、静止ナトリウム液滴を対象として、97年度より一連の実験的研究を行い、これまでに、空気流中で静止液滴の自然着火現象を実現して観察する基本的な実験手法を確立し、高速度カメラを用い液滴表面および近傍の着火時の様子の時間変化の観察を行ってきた。 本研究では、ナトリウム液滴の着火および燃焼の挙動と機構の解明にとって重要となる液滴ならびに火炎の温度を、熱電対を用いて計測するシステムを構築した。さらに、液滴が懸垂状態で所定の初期直径まで成長する間に生じる酸化皮膜の形成を極力防止するために、液滴生成系の改善を図った。 温度測定系構築においては、時間応答性のよい測定ができるように熱電対にシリカ皮膜をほどこした素線径20マイクロメートルの微細なR型熱電対を用い、パルスモーター、モーター回転制御装置、遅延装置を組み合せて熱電対を迅速に動かす移動装置を製作してその動作を確認した。液滴温度測定時の出力信号に付随するノイズの除去、熱電対表面の被覆の効果と影響等について今後検討の余地があるが、着火過程の気相中で応答性のよい温度測定結果が得られ、着火過程での詳細温度測定の基本となる手法が確立された。

Experimental studies have been performed since JFY1997 for the combustion of suspended sodium droplet in order to understand the detailed phenomenology of its ignition and burning behavior. The author has accumulated to data the high-speed camera picture data of change in a droplet surface and its neighboring gas phase of spontaneous ignition of suspended sodium doroplet in air flow, after establishing fundamental experimental techniques to observe the process. In the study from JFY2000 to 2001, a system was developed which enable to measure the temperature of sodium droplet and of flame zone. The study includes the improvement of droplet generation system so as to prevent the oxidation of suspended droplet. The temperature measurement system consists of silica-coated fine R-type thermocouple of 20 m in diam. adopted to ensure excellent responsibility, and its driving apparatus. The driving system is composed of pulse motor, its controller and delay circuit, and its performance was confirmed by several tests. It was shown from the preliminary tests that the basic technique was established for detailed temperature measurment around the time of droplet ignition, though several problems should be investigated furthermore such as electrical noise removal in temperature measurment and effect of thermocouple coating.