超高速拡散燃焼のための3次元渦生成保炎器を兼ねたマイクロノズルと混合制御システム

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450087
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 吉田 英生 京都大学, 工学研究科, 教授 (50166964)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 健一 明治大学, 理工学部, 専任講師 (10242273) ; 齋藤 元浩 京都大学, 工学研究科, 助手 (90314236)
• Keywords: 燃焼 / 高速拡散燃焼 / 保炎 / マイクロノズル / 混合制御

Research Abstract

マイクロガスタービンでの燃焼器のコンパクト化や等温膨張燃焼過程を実現するために重要な問題の一つが、高速流中で実現するための保炎と高速混合技術の開発である。本研究では、燃料噴射ノズルと保炎器とを一体化させる方法を提案する。すなわち、圧縮後あるいは部分燃焼後の比較的高温の気流中に、断面がエンジェル・フィッシュ形の微小物体を挿入し、その最後尾から燃料を噴出させる。燃料噴出部を挟んで対面する逆回転・逆スワールの渦が強烈な勇断混合層を形成させる。このように3次元性が極めて強く、かつスケールも小さい効果により、従来の保炎器とは桁違いの混合性能が期待されるが、さらに、この複雑流れの固有渦周波数と人工外乱との共鳴現象等も応用して、究極の保炎・混合兼用ノズルを開発することが最終目的である。
最終的には寸法1mm程度のマイクロノズルの開発が目標であるが、今年度は5倍にスケールアップしたモデルを用いて、メタン、あるいはメタン・酸素の部分予混合気を用いて、可燃範囲の確認、温度場の測定等を中心に行った。レーザー流速計による流動場の測定も試みたが、保炎器背後の再循環領域へのシード粒子供給が困難であったため、測定領域が極めて限定されてしまった。
並行して、高温高速風洞の改良も行った。まず、本研究だけでなく、半径流タービンの回転実験も行えるようにテストセクション結合部を設計変更するとともに、燃焼実験測定部45mm×30mmにおいて、最高温度550℃、最高速度105m/sを達成した。