1997 Fiscal Year Annual Research Report
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
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08458113
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| Research Institution | Hokkaido Univercity |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沖中 憲之 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20250483)
谷津 茂男 北海道大学, 大学院・工学研究科, 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)
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| Keywords | 偏光2光路分光光学系 / CO・H_2・O_2燃焼プラズマ / Depth-AAC関係式 / 画像解析 / 磁気共鳴映像法 / 改良型パルスシーケンス / 高速MRI |
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| Research Abstract |
次世代環境適合型高効率複合発電システムとして有望と思われるMHD/ガスタービン/蒸気タービン複合システムの基本構成要素であるMHD発電動作流体としての石炭合成ガス・酸素燃焼プラズマの基礎的知見を得ること,その計測手法としての高速分光および可視化解析方を確立することを目的とした研究を行った.
まず高速分光光学系として,2つの直交偏光成分により火炎の輻射および参照ランプ光の透過吸収強度スペクトルを高速かつ同時に測定できる2光路偏光輻射・透過吸収光学装置を試作しカリゥム(K)シ-ドアセチレン酸素燃焼火炎の分光解析を行い試作装置の性能検証実験を行った.分光データの解析原理は著者らが提案する光学厚さと原子吸収係数の関係式(Depth-AAC関係式)であり,その解析式の有用性の検討も同時に行った.この実験によりDepth-AAC式の分光データへの適用条件を明らかにした.次に石炭合成ガスをCOH_2・H_2混合燃料で模擬し,K_2CO_3シ-ドのO_2燃焼プラズマの温度,Kの光学衝突断面積と原子数を測定した.その結果CO・H_2・O_2火炎の温度は当初予想より低かったものの温度は酸素当量比1以下の燃料希薄条件で上昇するという新知見を得た.
可視化の実験では,光学厚さが薄いK-シ-ド燃焼火炎からの輻射画像と参照光の透過吸収画像イメージを用いた局所カリゥム数密度の2次元分布算出式を導出し実験検証を行った.最後に燃焼プラズマの速度場の可視化手法として,磁気共鳴映像法(MRI)に着目し,衝撃波加熱プラズマの流速分布の可視化を試みた.そのため音速領域の流れ場に対応できる新たな傾斜磁場パルスシーケンス(MEPS)を考案した.MEPSの可視化画像はMHD起電力から計算される速度とよく一致し空間解像度も高いことを確認した.
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[Publications] Naoyuki Kayukawa: "Diagnostics of Optical Cross Section of Seed Atoms and Wing Emission Intensity by Optical Depth-AAC Relationship" Proceedings of the International Conference on MHD Electrical Power Generation. Vol.2. 668-674 (1996)
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[Publications] Naoyuki Kayukawa: "MHD/Gas Turbine/Steam Turbine Combined Cycle with Thermochemical Heat Recovery" AIAA 28th Plasmadynamics and Laser COnference. No.2370. (1997)
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[Publications] Naoyuki Kayukawa: "Diagnostics of MHD Flow Field using Echo-Planar Magnetic Resonance Imaging" Proceedings of the 3rd Transfer Phenomena in MEHD Flows. Vol.1. 475-480 (1997)
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[Publications] Hiroyuki Kikuchi: "Magnetic Resonance Imaging of Shock-Heated MHD Plasma with Modified Echo-Planar Pulse sequences" Proceedings of the 1998 International Symposium on Advanced Energy Technology. 597-604 (1998)
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[Publications] Naoyuki Kayukawa: "Two-Path Polalised Light Spectroscopy and Analysis of Seeded Combustion Plasma with Depth-ACA Relationship" Proceedings of the 33rd IECEC. (発表予定). (1998)
