静止ナトリウム液滴燃焼実験(II)

佐藤 研二*

JNC TY9400 2004-022, 45 Pages, 2004/03

JNC-TY9400-2004-022.pdf:3.86MB

ナトリウム液滴燃焼挙動の現象論的解明に向けた研究の一環として,これまでにナトリウム静止液滴を対象に常温空気流中での着火燃焼実験を実施し,高速度カメラを用いた着火挙動の観察,着火遅れ時間,液滴温度の時間変化の測定を行ってきた。本研究では,直径4mmの静止液滴を用い,液滴初期温度が300と400において,周囲の乾燥空気流速を200 cm/sまでの拡張してナトリウム液滴の着火燃焼実験を実施し,空気流速,液滴初期温度が着火挙動と着火遅れ時間に与える影響を調べた。主な結果は以下のとおりである。(1)実験を行った範囲では,300で200 cm/sの条件において液滴の上端(下流端)部分が空気流に暴露後縦方向に伸びてしまう現象がみられたが,その他の実験条件では液滴がほぼ球形を保った状態で着火現象が生じた。(2)着火遅れ時間(着火時刻を液滴表面に接する気相部での橙色の発光の出現で定義)は流速の増加とともに減少する。ただし,着火遅れ時間の流速による変化の割合は,流速とともに小さくなる傾向がみられる。代表的な着火遅れ時間として,初期液滴温度400のときに,50cm/sで0.68 s, 100 cm/s で0.52 s, 200 cm/sで0.37sの値が得られた。(3)橙色の発光の出現(着火)はいずれの流速でも液滴上端付近を除いてほぼ同時に生じる。着火時の発光は上流側ほど強く,また流速が大きいほど着火後の発光強さが大きい。(4)液滴初期温度300を中心に着火に至る過程で液滴の上流側表面に一時的に現れる多数の柱状(針状)は高流速になってもみられる。突起は低流速ではおおむね着火までに消失するが高流速では一部消滅しないままに着火に至ることもある。(5)着火時刻までの間に液滴を包む煙層(微粒子の層)が形成されるがその厚さは流速の増加ともに減少する。また,高流速では,煙層の液滴下流側でのはく離現象が観察される。より大きな空気流速で最小着火遅れ時間が現れる可能性も考えられるが,その存在についてはさらに高流速域での実験を行って確認する必要があり今後の課題と考えられる。