Numerical investigation on unstable behaviors of cellular premixed flames at low Lewis numbers based on the diffusive-thermal model and compressible Navier-Stokes equations

拡散・熱的モデル及び圧縮性ナビエーストークス方程式に基づく低ルイス数セル状予混合火炎の不安定挙動における数値解析研究

Thwe Thwe, A.  ; 門脇 敏; 日野 竜太郎

Thwe Thwe, A.; Kadowaki, Satoshi; Hino, Ryutaro

拡散・熱的(D-T)モデル及び圧縮性ナビエーストークス(N-S)方程式を用いて広域における低ルイス数セル状予混合火炎の不安定挙動について、反応流れ場の二次元非定常数値解析を行った。圧縮性N-S方程式によって得られた火炎の成長増幅率は、D-Tモデルによって得られたものより大きく、不安定領域は広いことが分かった。計算領域を広くした結果、大きなセル状火炎から分離された小さなセルの数は劇的に増加した。このとき、圧縮性N-S方程式に基づく数値結果では、より強い不安定挙動及びより大きな平均燃焼速度が観察された。併せて、圧縮性N-S方程式によって得られたフラクタル次元は、D-Tモデルによって得られたものよりも大きかった。加えて、放射熱損失が低ルイス数予混合火炎の不安定性を促進することを確認した。

Two dimensional unsteady calculations of reactive flows were performed in large domain to investigate the unstable behaviors of cellular premixed flames at low Lewis numbers based on the diffusive-thermal (D-T) model and compressible Navier-Stokes (N-S) equations. The growth rates obtained by the compressible N-S equations were large and the unstable ranges were wide compared with those obtained by the D-T model equations. When the length of computational domain increased, the number of small cells separated from large cells of the cellular flame increased drastically. The stronger unstable behaviors and the larger average burning velocities were observed especially in the numerical results based on the compressible N-S equations. In addition, the fractal dimension obtained by the compressible N-S equations was larger than that by the D-T model equations. Moreover, we confirmed that the radiative heat loss promoted the instability of premixed flames at low Lewis numbers.