半導体レーザ分光を用いた低環境負荷高効率ガスタービン燃焼器の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555067
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮内 敏雄 東京工業大学, 工学部, 教授 (50016664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大塚 雅哉 (株)日立製作所, 電力電機開発本部・火力2部, 主任研究員 ; 池田 裕二 神戸大学, 機器分析センター, 助教授 (10212789) ; 店橋 護 東京工業大学, 工学部, 助手 (40242276)
• Keywords: 燃焼 / レーザ計測 / 環境汚染物質 / 半導体レーザ / 振動燃焼

Research Abstract

ガスタービン燃焼器の開発において,CO_2排出量の低減とNO_X排出量の低減は両立することが困難な要素であり,これらを同時に実現することが今日最も重要な課題である.これらの問題を解決する方法として,実用ガスタービン燃焼器に高精度の計測装置と制御システムを搭載し,燃焼器を瞬時の計測情報を用いて動的に制御することにより環境汚染物質の低減と振動燃焼等を防止することが考えられる.そこで本研究では,半導体レーザ分光を用いたガスタービン燃焼器における環境汚染物質の排出量の高精度な計測法と振動燃焼等の不安定現象の検出法を確立することを目的としている.本年度は詳細化学反応機構を考慮に入れた乱流予混合火炎の直接数値計算結果を用いて半導体レーザを用いた吸収分光シミュレーションを行い,半導体レーザ吸収分光に用いる吸収線の特定と半導体レーザ分光計測の誤差解析を行った.乱流火炎の火炎帯において生成物の吸収線を用いた場合,温度および化学種濃度の計測誤差が非常に大きく,温度では35%,化学種濃度では10%程度の計測誤差が生じることを明らかにした.しかし,既燃ガス中では温度変動及び濃度変動が存在する場合についても高精度で計測可能であることが明らかになった.また,これらの結果に基づいてH_2O及びCO_2の吸収線を用いた計測システムを構築し,基礎的な系において計測を行い,燃焼場へ適用する場合に必要となる基礎データの取得を行った.

Research Products

• [Publications] 宮内敏雄、店橋 護、斎藤敏彦: "乱流燃焼のDNSによる半導体レーザ吸収分光の誤差解析" 第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 621-622 (1998)
• [Publications] M.Tanahashi,T.Miyauchi,M.Fukushima,T.Saito: "Uncertainty Analysis of Experimental Thecniqhes by Using DNS Database of Turbulence and Turbulent Cembustion" The 3rd Japan-Central Europe Joint Workshop on Modelling and Simulation of Non-liner Eagmeening Systems. 61-62 (1998)
• [Publications] 宮内敏雄、店橋 護、斎藤敏彦: "半導体レーザ吸収分光による乱流燃焼計測の誤差解析" 第36回燃焼シンポジウム講演論文集. 337-339 (1998)