微小重力燃焼

通常は浮力の影響を受けやすく、重力場では本質的な支配因子が見えにくいとされてきた燃焼限界のメカニズムを調べるため、大型落下塔（施設は現在は閉鎖）により実現される微小重力条件下で極低速対向流火炎を用いる手法を開発しました。
対向流非予混合・予混合火炎の両者に関する実験を実施し、それまで未解明であった輻射消炎の存在を初めて確認したほか、輻射熱損失、火炎伸長、ルイス数効果の競合現象を解明し、燃焼限界メカニズムに関する理解を深めることができました。燃焼限界メカニズムの理解によって、燃焼限界制御の可能性模索へと展開し、このことが現在のマイクロ燃焼、熱再生燃焼に関する研究開始の動機となっています。

Experimental apparatus

C-curve

Drop tower

また、微小重力場実験によって見いだされたC型消炎曲線を始め、各種の火炎解分岐現象や非線形現象を、主として輻射および素反応を考慮したモデリングによって明らかにしました。
実験とモデリングは良好な一致を示し、一見不可解に見えた実験結果を明解に説明したほか、逆にモデリングが予測した未観察の非線形現象を実験で追確認するなど、パラダイムの転換につながりました。また一次元平面火炎の可燃限界と、低速対向流火炎の限界との相対関係、ルイス数による消炎曲線の変化を明らかにしています。

G-curve

関連論文

• Yiguang Ju, Kaoru Maruta and Takashi Niioka, Combustion Limits, Applied Mechanics Review, Vol. 54: 257-277 (2001)
  doi:10.1115/1.3097297, Link.
• Yiguang Ju, Chung K. Law, Kaoru Maruta and Takashi Niioka, Radiation-Induced Instability of Stretched Premixed Flame, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 28: 1891-1900 (2000)
  doi:10.1016/S0082-0784(00)80593-7, Link.
• C. H. Sohn, J. S. Kim, S. H. Chung and K. Maruta, Nonlinear Evolution of Diffusion Flame Oscillations Triggered by Radiative Heat Loss, Combustion and Flame, Vol. 123: 95-106 (2000)
  doi:10.1016/S0010-2180(00)00148-6, Link.
• Yiguang Ju, Hongsheng Guo, Fengshan Liu and Kaoru Maruta, Effects of the Lewis Number and Radiative Heat Loss on the Bifurcation and Extinction of CH4/O2-N2-He Flames, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 379: 165-190 (1999)
  doi:10.1017/S0022112098003231, Link.
• Yiguang Ju, Hongsheng Guo, Kaoru Maruta, and Takashi Niioka, Flame Bifurcation and Flammable Regions of Radiative Counterflow Premixed Flames with General Lewis Numbers, Combustion and Flame, Vol. 113: 603-614 (1998)
  doi:10.1016/S0010-2180(97)00270-8, Link.
• Hongsheng Guo, Yiguang Ju, Kaoru Maruta, Takashi Niioka and Fengshan Liu, Numerical Investigation of CH4/CO2/Air and CH4/CO2/O2 Counterflow Premixed Flames with Radiation Reabsorption, Combustion Science and Technology, Vol. 135: 49-64 (1998)
  doi: 10.1080/00102209808924149, Link.
• Yiguang Ju, Goro Masuya, Fengshan Liu, Hongsheng Guo, Kaoru Maruta and Takashi Niioka, Further Examinations on Extinction and Bifurcations of Radiative CH4/Air and C3H8/Air Premixed Flames, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 27: 2551-2557 (1998)
  doi:10.1016/S0082-0784(98)80107-0, Link.
• Kaoru Maruta, Masaharu Yoshida, Hongsheng Guo, Yiguang Ju, and Takashi Niioka, Extinction of Low-stretched Diffusion Flame in Microgravity, Combustion and Flame, Vol. 112: 181-187 (1998)
  doi:10.1016/S0010-2180(97)81766-X, Link.
• Kaoru Maruta, Yiguang Ju, Atsutaka Honda and Takashi Niioka, Lewis Number Effect on Extinction Characteristics of Radiative Counterflow CH4-O2-N2-He Flames, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 27: 2611-2617 (1998)
  doi:10.1016/S0082-0784(98)80115-X, Link.
• Hongsheng Guo, Yiguang Ju, Kaoru Maruta, Takashi Niioka and Fengshan Liu, Radiation Extinction Limit of Counterflow Premixed Lean Methane-Air Flames, Combustion and Flame, Vol. 109: 639-646 (1997)
  doi:10.1016/S0010-2180(97)00050-3, Link.
• Yiguang Ju, Hongsheng Guo, Kaoru Maruta, and Fengshan Liu, On the Extinction Limit and Flammability Limit of Non-adiabatic Stretched Methane-Air Premixed Flame, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 342: 315-334 (1997)
  doi:10.1017/S0022112097005636, Link.
• Kaoru Maruta, Masaharu Yoshida, Yiguang Ju and Takashi Niioka, Experimental Study on Methane-Air Premixed Flame Extinction at Small Stretch Rates in Microgravity, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 26: 1283-1289 (1996)
  doi:10.1016/S0082-0784(96)80346-8, Link.