スワールを用いた気体燃料燃焼器の高効率化および低NOx化

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450378
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山崎 伸彦 九州大学, 工学研究院, 教授 (70166635)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 猪口 雄三 九州大学, 工学研究院, 助手 (30274509) ; 難波 昌伸 崇城大学, 工学部, 教授 (50037735)
• Keywords: ガスターピンエンジン / スワール燃焼器 / 旋回流 / NOx / 拡散火炎 / LES / ガスクロマトグラフ

Research Abstract

気体水素燃料を用いたスワール火炎において,旋回強度を増すと(1)火炎の最高温度が低くなること,それに伴なって(2)局所的なNOx生成量が減少すること,旋回を強くし最高温度が低くなっても(3)未燃水素は存在しておらず完全燃焼していること,旋回を強くすると(4)バーナ軸下流で温度の高い領域が現れること,を実験的に明らかにした.
また,気体メタン燃料を用いたスワール火炎においては,旋回強度を増してもNOx生成量にさほど変化が見られないこと,旋回強度を増すと未燃メタンの量が微小ながらも増加し不完全燃焼へと向かうこと,を実験的に明らかにした.
モデルバーナ内部の流れを数値的にシミュレートし実験による速度分布測定の結果と比較したところ,よい一致が見られた.数値計算の結果から,モデルバーナではバーナ出口においてすでに強い負圧領域が生じていることが分かった.
一方,空間・時間2次精度の陰解法を用いたLESで気体水素燃料を用いたスワール火炎の数値シミュレーションを行い,実験で得られた結果のうち(1),(2),(3)を定性的にシミュレートできた.
さらに,実験において乱流的なふるまいがみられたケースにおいて計算では層流的な解となってしまったため,計算スキームを空間4次精度に高次精度化するとともに,低散逸の特性フィルタを適用するという変更をほどこしたところ,従来の計算スキームでは捉えることのできなかった微小な渦構造を捉えることに成功した(未発表).

Research Products

• [Publications] T.Sumi and N.Yamasaki: "Non-permixed Jet Diffusion Flames with Swirl"Memoirs of the Faculty of Engineering, Kyushu University. 60-4. 155-172 (2000)
• [Publications] 猪口雄三,山崎伸彦 ら5名: "水素/空気スワールバーナにおけるNOx生成の抑制"第38回燃焼シンポジウム講演論文集. 105-106 (2000)
• [Publications] 猪口雄三,山崎伸彦,難波昌伸: "LobedおよびSawtoothミキサによる縦渦を用いた亜音速混合性能の比較"第40回航空原動機・宇宙推進講演会講演集. 59-64 (2000)
• [Publications] 内海慎太郎,猪口雄三,山崎伸彦: "Vortex Generatorを用いた亜音速気流混合実験"日本航空宇宙学会西部支部講演会講演集. 63-66 (2000)