多次元多変量レーザ計測による乱流予混合火炎の構造解明とモデル化

• Project/Area Number: 13J08425
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 城地 文音 東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 乱流燃焼 / レーザ計測 / 予混合火炎 / 複合計測 / 熱工学 / 流体工学 / エネルギー効率化 / 乱流燃焼モデル / 乱流モデル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，複数化学種濃度と流体速度の時系列レーザ計測法により構築された世界最先端の多次元多変量時系列レーザ計測法を，実用燃焼器を模擬した各種燃焼器に適用し，高圧・高レイノルズ数乱流予混合火炎の構造を解明するとともに，種々の燃焼場に適用可能なLESのためのSGS燃焼モデルを構築・検証するため知見を得る事を目的としている．

平成26年度は，高強度乱流中に形成される部分予混合気の自着火及び火炎の不安定現象について検討を行うため，プラズマヒーターを用いて高温度・高レイノルズ数乱流条件下で燃料を噴射（Jet-in-Hot-Coflow，JHC）し，そこに形成される浮き上がり火炎を対象として多次元多変量レーザ計測を行った．時系列ステレオ粒子画像流速計（PIV）による速度計測結果からCo-flow中，強いせん断が生じる領域及び噴流中心における乱流強度，積分スケール等の乱流統計量を明らかにし，熱電対による温度計測と併せて，当該実験装置を用いることで実現可能な乱流及び温度条件とその同時再現性を明らかにした．時系列CH2O/OH同時平面レーザ誘起蛍光法（PLIF）計測法結果から，浮き上がり高さ（Lift-Off-Height，LOH)を算出し，JHC中に形成される浮き上がり火炎の安定機構は主に自着火現象であること，Co-flowの温度及び乱流強度が自着火特性に対して支配的な影響を持っていることを明らかにした．また，乱流混合を表す重要なスカラー量である，混合分率と温度の定量計測を行なうため，平面レイリー散乱計測とNO PLIFの同時計測法を開発している．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ダルムシュタット工科大学(ドイツ)
• [Journal Article] Towards Understanding of Comsunption Rate Characteristics of Turbulent Premixed Flames by High Repetition Rate PLIF and SPIV (2016)
  • Author(s): Ayane Johchi, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi
  • Journal Title: Proceedings of the First Pacific Rim Thermal Engineering Conference Volume: -
• [Journal Article] A novel plasma heater for auto-ignition studies of turbulent non-premixed flows. (2015)
  • Author(s): Felix Eitel, Jhon Pareja, Dirk Geyer, Ayane Johchi, Florian Michel, Wolfgang Elsaesser, Andreas Dreizler
  • Journal Title: Experiments in Fluids Volume: 56 Issue: 10 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1007/s00348-015-2059-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 0kHz CH-OH PLIF・ステレオPIV同時計測による乱流予混合火炎の局所燃焼速度に関する研究 (2015)
  • Author(s): 中吉嗣，城地文音，志村祐康，店橋護
  • Journal Title: 第93期日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集 Volume: -
• [Journal Article] Investigation on Rapid Consumption of Fine Scale Unburned Mixture Islands in Turbulent Flame via 10 kHz Simultaneous CH-OH PLIF and SPIV (2015)
  • Author(s): Ayane Johchi, Yoshitsugu Naka,Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi， Toshio Miyauchi
  • Journal Title: Proceedings of the Combustion Institute Volume: 35巻 Issue: 3 Pages: 3663-3671
  • DOI: 10.1016/j.proci.2014.09.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation on the Acoustic Behavior of a Turbulent Swirl-Stabilized Combustor Fed with Liquid Fuel (2014)
  • Author(s): Ayane Johchi, Laurent Zimmer, Mamoru Tanahashi
  • Journal Title: Proceeding of 17th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics Volume: －
• [Journal Article] 高繰り返し周波数CH/OH PLIFとステレオPIVの同時計測による乱流噴流予混合火炎の局所火炎構造と動的特性の解明 (2013)
  • Author(s): 城地文音, 志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
  • Journal Title: 第50回伝熱シンポジウム講演論文集 Pages: 328-329
• [Journal Article] 高繰り返し周波数CH/OH PLIFと時系列ステレオPIVの同時計測による乱流予混合火炎の局所火炎構造と動的特性の解明 (2013)
  • Author(s): 城地文音, 志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
  • Journal Title: 第51回燃焼シンポジウム講演論文集 Pages: 516-517
• [Journal Article] Investigation on Local Structure and Dynamics of Turbulent Premixed Flame by High-Speed Laser Diagnostics (2013)
  • Author(s): Ayane Johchi, Yoshitsugu Naka, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
  • Journal Title: Proceedings of the Second International Education Forum on Environment and Energy Science
• [Presentation] Towards Understanding of Comsunption Rate Characteristics of Turbulent Premixed Flames by High Repetition Rate PLIF and SPIV (2016)
  • Author(s): Ayane Johchi, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi
  • Organizer: The First Pacific Rim Thermal Engineering Conference
  • Place of Presentation: Waikoloa Beach Marriott Resort &Spa（ Waikoloa, HI, USA)
  • Year and Date: 2016-03-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 10kHz CH-OH PLIF・ステレオPIV同時計測による乱流予混合火炎の局所燃焼速度に関する研究 (2015)
  • Author(s): 中吉嗣，城地文音，志村祐康，店橋護
  • Organizer: 第93期日本機械学会流体工学部門講演会
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2015-11-07
• [Presentation] Investigation on Rapid Consumption of Fine Scale Unburned Mixture Islands in Turbulent Flame via 10 kHz Simultaneous CH-OH PLIF and SPIV (2014)
  • Author(s): Ayane Johchi, Yoshitsugu Naka,Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi， Toshio Miyauchi
  • Organizer: The 35th International Symposium on Combustion
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Embarcadero (San Francisco, CA, USA)
  • Year and Date: 2014-08-03 – 2014-08-08
• [Presentation] Investigation on the Acoustic Behavior of a Turbulent Swirl-Stabilized Combustor Fed with Liquid Fuel (2014)
  • Author(s): Ayane Johchi, Laurent Zimmer, Mamoru Tanahashi
  • Organizer: 17th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics
  • Place of Presentation: The Calouste Gulbenkian Foundation(Lisbon，Portugal)
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-10
• [Presentation] 高繰り返し周波数CH/OH PLIFとステレオPIVの同時計測による乱流噴流予混合火炎の局所火炎構造と動的特性の解明 (2013)
  • Author(s): 城地文音, 志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
  • Organizer: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: ウェスティンホテル仙台(宮城県仙台市)
• [Presentation] 高繰り返し周波数CH/OH PLIFと時系列ステレオPIVの同時計測による乱流予混合火炎の局所火炎構造と動的特性の解明 (2013)
  • Author(s): 城地文音, 中吉嗣, 志村祐康, 店橋護, 宮内敏雄
  • Organizer: 第51回燃焼シンポジウム
  • Place of Presentation: 大田区産業プラザPio(東京大田区)
• [Presentation] Investigation on Local Structure and Dynamics of Turbulent Premixed Flame by High-Speed Laser Diagnostics (2013)
  • Author(s): Ayane Johchi, Yoshitsugu Naka, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
  • Organizer: The 2nd International Educational Forum on Environment and Energy Science
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Huntington Beach Resort and Spa (Huntington Beach, CA, USA)