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

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555067
• 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 株式会社日立製作所, 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.本年度はメタンやプロパンの乱流予混合火炎を対象として,詳細化学反応機構を考慮に入れた直接数値計算を行い,燃焼器の制御因子を決定するために重要となる乱流中でのNO_x生成機構の解明に重点をおいて研究を行った.その結果,乱流と火炎の相互作用により,乱流中での局所火炎要素におけるNOの反応速度は火炎面の局所的な特性と密接に関連しており,流体力学的に圧縮を受けた火炎要素ほど大きなNOの反応速度を示すことを明らかにした.また,水素を対象として三次元直接数値計算結果から乱流予混合火炎の局所火炎構造と未燃予混合気の乱流構造との関係を明らかにした.さらに,昨年度に引き続いてH_2O及びCO_2の吸収線を用いた計測システムを用いて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] 店橋謙,斎藤敏彦,島村誠,宮内敏雄: "メタン・空気乱流予混合火炎の局所火炎構造"第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 593-594 (1999)
• [Publications] 店橋謙,斎藤敏彦,島村誠,宮内敏雄: "乱流予混合火炎におけるNOx生成機構"第9回環境工学総合シンポジウム'99講演論文集. 268-271 (1999)
• [Publications] 斎藤敏彦,店橋謙,宮内敏雄: "DNSデータによる半導体レーザを用いた吸収分光計測の確立"日本機械学会熱工学講演会講演論文集. 81-82 (1999)
• [Publications] 店橋謙,斎藤敏彦,宮内敏雄: "詳細化学反応機構を用いたメタン・空気乱流予混合火炎のDNS"第37回燃焼シンポジウム講演論文集. 167-168 (1999)