燃焼限界の宇宙実験

地球温暖化や大気汚染といった環境問題を背景に、（燃料）希薄燃焼に注目が集まっています。希薄燃焼とは、通常よりも少ない燃料で燃焼を実現する燃焼技術で、燃焼器の高効率化やCO₂排出量の削減などが期待されます。一方で、燃料を少なくしていくとあるところで燃焼が不安定になったり、燃焼が停止（消炎）したりするなど、実用上の課題が存在します。そのため、希薄条件においてどのような燃焼現象が存在するか、どのような条件で消炎するかを理解することが重要となります。

そこで本研究では、これまで燃焼限界の研究に広く用いられてきた対向流予混合火炎を用い、燃焼限界近傍で見られる燃焼の不安定現象や形成される火炎パターンの調査を通じて燃焼限界理論の構築を進めています。燃焼限界近傍では、通常重力かにおいて火炎が浮力の影響を受けるため、実験時には微小重力環境が必要となります。これまで落下塔や航空機の放物飛行を利用した微小重力実験を実施しており、従来知られていなかった様々な不安定火炎を観察することに成功しました。こうした火炎は数値計算でも再現され、現象の発生や安定化のメカニズムを明らかにしました。さらに、国際宇宙ステーション内の日本実験棟「きぼう」での実験テーマとして採択され、宇宙実験も予定されています。希薄燃焼技術の確立に向けて燃焼限界近傍の新たな火炎挙動を発見し続けています。

実験と数値計算で確認された特異な火炎挙動

対向流場の概念図

関連論文

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