伝播火炎保炎.ppt

反応性流体力学特論　 －燃焼流れの力学－ 　 燃焼の流体力学　4/22 燃焼の熱力学　５/13 燃焼流れの数値解析 5/22 燃焼の熱力学 反応流れの基礎式 エネルギーの輸送方程式 反応と自由エネルギー 燃焼流れのモデル 瞬時温度分布 予混合燃焼の基本的流れ場 熱?物質移動に関係する無次元数 Nusselt数　　　　 　　　 　　　h：熱伝達係数 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　l：熱伝導率 Prandtl数　　　　　　　　　　ν：動粘性係数 Schmidt数　　　　　　　　　 D：物質拡散係数 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Lewis数　　　　　　　　　　　α：温度拡散係数 化学反応に関係する無次元数 (第１)Damk?hler数　　　　 　　　 tr：流れの特性時間 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　tc：反応の特性時間 Karlovits数　　　　　　　　　予熱帯厚 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　燃焼速度：S 乱流Damk?hler数 　　　ｌ ：乱流長さスケール 　　　u’：速度変動、δ: 火炎厚さ * 化学種の濃度変化 化学種の流入 化学種の流出 物質拡散 温度拡散 熱の流入 熱の流出 温度変化 既反応 流体 未反応 流体 化学反応帯 反応後端 反応前端 　　　 　⊿ｔの間に反応が ⊿x ＝ 始まった空間 ⊿ｔの間に反応が 終わった空間　　＝ ⊿x’ ⊿x／⊿ｔ＝反応の移動速度 ?熱と物質の収支 ?反応速度 連続の式 運動量の式 化学種の式 エネルギー式 状態方程式 アレニウス則 ＋ ＋ 化学反応 内部エネルギー エンタルピー (比熱Cpが化学種、温度に因らず一定のとき） 化学???????流束 Dufour 効果 全エンタルピー (ha = h+v2/2) 時間経過 エンタルピー：　　　H＝E＋PV 　? dH＝(TdS－PdV)＋d(PV)＝ TdS＋VdP ?(化学）エンタルピーと元素質量(モル量)は保存される 自由エネルギー：　G＝H－TS　 ? dG＝(TdS－VdP)－d(TS) ＝ －SdT＋VdP ?自由エネルギーが最小となる方向に反応は進む Temperature Density 断熱火炎 Mixture fraction 混合分率 typical burner flame fuel air air premixed flow Inner flame outer flame air Stream lines temperature distance along streamline reaction range oxygen fuel diffusion layer diffusion diffusion reaction layer burnt gas unburnt gas flame propagation pre-heated layer premixed flame (inner flame) diffusion flame (outer flame) 火炎解析へのアプローチ　–２つの燃焼形態と火炎面追跡モデル- 拡散火炎 例：ろうそく、ライター 燃料と酸化剤の混合面における燃焼 燃焼反応は混合律速 火炎に伝播性はない。 火炎特性（火炎面など）を表現する関数 混合分率、混合分率の拡散係数 予混合火炎 例：ブンゼンバーナ、ガスコンロ 混合比の定まった予混合ガスの未燃、既燃ガス界面における燃焼 火炎は伝播性を持つ 反応は温度律速 火炎特性（火炎面など）を表現する関数 反応進行度、火炎伝播速度 反応帯 既燃ガス温度 未燃ガス温度 伝播 予熱帯 反応帯 酸化剤濃度 燃料濃度 拡散層 拡散 拡散 拡散燃焼流れ 予混合燃焼流れ 拡散燃焼における基本的流れ場 ジェット 混合層 対向流 など Instantaneous Temperature Averaged Temperature 伝播火炎 保炎 recirculation zone (velocity) Pilot flame Lift-up flame 安定火炎 振動火炎 *