高速分光と可視化による一酸化炭素・水素・酸素燃焼プラズマの温度・濃度場解析

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08458113
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 粥川 尚之 北海道大学, エネルギー先端工学研究センター, 教授 (50001780)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 沖中 憲之 北海道大学, 工学部, 助手 (20250483) ; 谷津 茂男 北海道大学, 工学部, 助手 (40111158) ; 青木 義明 北海道大学, エネルギー先端工学研究センター, 助教授 (90001982)
• Keywords: 石炭合成ガス / 酸素燃焼 / 燃焼プラズマ / 偏光ラインリバーサル / 核磁気共鳴法 / エコープラナー法

Research Abstract

計画した,1CO/H2燃焼プラズマの生成実験,2燃焼プラズマの高速分光と温度濃度分布解析,3核磁気共鳴を応用した流れ場解析法に関する予備的検討の3テーマに関する実施概要,主たる結果および新たに提起された問題点は以下である。
(1)燃焼プラズマ生成実験では,既設の開放アセチレンバーナ-でCO/H2モル比2/1の混合燃料の燃焼実験を行った結果,本燃料は酸素消費量が極めて少なく予混合燃焼系でありながら周囲空気との拡散燃焼で燃焼することが分かった。したがって,適正酸素量を定量的に設定し燃焼温度を上げ良質のプラズマを得るためには,空気を遮断する燃焼体系への改造が必要である。しかしこの結果は,石炭合成燃料が極めて少ない酸素で燃焼するため,必要な酸素製造とコストと二酸化炭素排出量を石炭の直接燃焼と比較して激減できることを示唆している。
(2)既設の分光装置に新たにマルチチャンネル分光速攻装置1台を併設し時間分解能は20ミリ秒の偏光2光路ラインリバーサル体系を構成した。その結果本火災は光学的に薄く,燃焼ガス温度は最高2600K,プラズマ導電率は4.1であった。温度,導電率は上記燃焼体系の改造により更に向上するものと思われる。濃度に関しては解析理論が光学的に厚い火災を対象とするため,別途に計測された石炭燃焼プラズマのデータを用い理論とほぼ整合する結果を得た。
(3)核磁気共鳴法による高速流れ場の計測にエコープラナーパルス列による高速化とプラズマを対象とした場合に想定される誘導磁場の影響に関する解析と衝撃波管による実験を行い,約800m/s程度の速度場の可視化が可能なことを確かめた。