対向流火炎におけるNOxの生成機構の解明

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455094
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹野 忠夫 名古屋大学, 工学部, 教授 (90013672)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西岡 牧人 名古屋大学, 工学部, 助手 (70208148)
• Keywords: NOx / 窒素酸化物 / 対向流火炎 / レーザ誘起蛍光法 / Thermal機構 / Fenimore機構 / HCNリサイクル経路

Research Abstract

本年度は高速のパーソナルコンピュータを購入し,詳細な化学反応機構を考慮した数値計算を行った.まず,メタン空気の対向流拡散火炎,対向流二重火炎および一次元予混合火炎を対象として,単位火炎面面積当りの各素反応の反応速度に基づいて作成された定量的反応経路図によって火炎中におけるNOxの生成過程を調べた.その結果,予混合火炎(希薄・過濃)・拡散火炎・二重火炎(速度勾配小・速度勾配大)の各々の場合でThermal機構・Fenimore機構・HCNリサイクル経路の相対的な重要性が異なることが明らかになった.続いてEmission Indexに対する感度解析によって個々の素反応の寄与を評価し,NOの生成において支配的な役割を果たす素反応を調べた.その結果,Thermal機構の開始反応・Fenimore機構の開始反応・HCNリサイクル経路の開始反応の3つの反応が一般に重要であり,それらの相対的な重要性は上に述べた火炎の種類や条件によって大きく異なることが明らかになった.更に,軸対称の同軸流拡散火炎の2次元数値計算も行い,火炎面上の任意の位置における(火炎面に垂直方向の)火炎構造を同じ代表拡散時間を有する対向流拡散火炎と比較すると,非常によい一致がみらることが明らかになった.
一方,実験においては前年度購入したイメージインテンシファイアを用い,PLIF法によって火炎中のNO濃度を光学的に測定した.但しこの場合,対象を対向流拡散火炎から同軸流拡散火炎に変更し,前述の軸対称二次元の数値計算との濃度分布の比較を行った.この火炎に変更したのは,対向流火炎においては火炎中でのレーザー光の光路が非常に長いために吸収が多く,正確な濃度測定が困だからである.測定の結果,火炎面付近から下流にかけては数値計算とのよい一致が得られたが,噴射管出口付近の燃料側領域において両者の差異がやや大きく,数値計算に用いた化学反応機構について細かく検証するためには若干の問題点が残った.

Research Products

• [Publications] 西岡牧人: "メタン-空気火炎中のNOの生成における各素反応の役割と主要反応経路" 燃焼研究. 104号. 75-90 (1996)
• [Publications] 近藤雪水: "感度解析によるメタン-空気火炎中のNO生成過程の研究" 燃焼研究. 106号. 73-84 (1996)
• [Publications] M.Nishioka: "Effects of Multi-dimensionality on Diffusion Flames" Proceedings of 26th Symposium(International)on Combustion.
• [Publications] M.Nishioka: "Behavior of Key Reactions on NO Formation in Methane-Air Flames" Proceedings of 26th Symposium(Internatioanl)on Combustion.