2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H03927
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鈴木 雄二 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80222066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
范 勇 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40748662)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 壁面効果 / 表面反応 / LIF / weak flame / 冷炎 / 化学吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，壁近傍の燃焼機構を，PLIF計測および数値解析を用いて詳細に検討し，火炎と壁面の熱的・化学的な干渉効果の物理現象を明らかにし，それを制御することを目的としている．
第２年度は，まず，TALIF（２光子吸収LIF）を用いたH原子の計測系を構築した．Dual Wave Plateと２種類のBBO結晶を用いた光学系により，色素レーザー出口の615nmから205nmへの変換効率を従来の４倍以上に相当する8.6%に向上させることに成功した．また，それを用いた平行平板間のメタン火炎の計測により，壁温が800℃以上ではH原子も壁面近傍で大きく減少することを明らかにした．そして，数値解析を用いた感度解析から，OH原子よりもH原子の方が熱炎での化学的効果に影響が大きいことを示した．また，プラズマ放電によりH原子ビームを発生させ，高真空中での壁面散乱を計測して，初期吸着計測を算出し，LIF計測結果との関係について検討を進めている．
さらに，流れ方向に温度分布を印加した石英流路（流路幅1.5mm）内に形成される火炎を，PLIFおよびGC-MSを用いて計測し，壁面の化学的効果について定量的データを取得した．壁面としては，活性度が低いと考えられる石英，熱炎で比較的大きな化学的効果があることが明らかになったSiC，およびSUS321を用いた．その結果，DME・空気のWeak flameの冷炎領域において，石英およびSiC壁上のDME, CO, CO2の流れ方向分布は同様であるのに対し，SUS321ではいずれも流れ方向下流にシフトし，DMEでは一旦下がった後にやや上昇するという特異的な分布が現れることを明らかにした．そして，従来の吸着モデルでは再現できないこと，HCHOの吸着，DMEの再生成を仮定したモデルが考えられ，その検証にはHCHO，CH3OHの計測が今後重要であることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計測については，1.5mm幅流路におけるOH，HCHO，H原子のLIF計測手法を構築した．熱炎に対しては，アルミナ，石英，SiC，SUS321の順で化学的効果が強くなることが本研究の計測から明らかになった．冷炎に対しては，Weak flameにおけるHCHO-PLIF計測およびGC-MS計測を行い，初めて定量的な情報を明らかにし，特にSUS321での特異的な化学的効果を示すなど，極めて興味深い成果も得られている．また，数値計算，およびモデリングについても，カールスルーエ大学のO. Deutchmann教授の研究室に博士課程の学生を指導委託という形で派遣して検討を進めた．さらに，プリンストン大学のY. Ju教授の研究室に博士課程の学生を６ヶ月派遣して，Head on Quenchingの場合の壁面の化学的効果を検証するための実験について，数値解析により実現可能性を確認した．全体として，研究計画は順調に進行していると考えている
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は，まず，冷炎においてステンレス壁面で生じる特異的な化学的効果について表面反応のモデル構築に取り組む．また，壁面により安定化された冷炎の実験系を構築して，その状況における化学的効果について検討を行う．そして，計測結果，モデルを用いた計算結果の両面から，表面の化学的効果のメカニズム解明を目指す．最後に，これまでに得られた，熱炎および冷炎での化学的効果を総括し，統一的な理解とその制御の可能性について検討を進める．
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[Presentation] Investigation of Wall Chemical Effect on DME/air Weak Flame by HCHO-PLIF2016
Author(s)
Wan, S., Fan, Y., Saiki, Y., Maruta, K., and Suzuki, Y.,
Organizer
第52回日本伝熱シンポジウム
Place of Presentation
大阪国際会議場（大阪府大阪市）
Year and Date
2016-05-24 – 2016-05-26
