2017 Fiscal Year Research-status Report
ガス流動中での微小火炎の燃焼促進に最適な着火条件に関する研究
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16K06124
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
中原 真也 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20315112)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 予混合燃焼 / 着火促進 / 微小火炎 / 燃焼速度 / 火炎サイズ / 火炎伸長 / ガス流動 / ルイス数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2年目となる平成２９年度は、ガス流動中での微小火炎の燃焼促進に最適な着火条件を解明するために、実際にガス流動中での微小火炎の燃焼特性について分子拡散特性に着目しつつ検討を開始した。
等方性乱れ場に対する検討としては、初年度に明らかになった問題点を考慮し改良した点火栓を新規に製作し、燃焼実験を開始した。ここでは、まず静止場で、これまで使用していた微小層流火炎用点火栓での結果との差異が無いことを検証した。その後に、乱れ強度が0.35m/s程度において微小火炎の火炎伝ぱ特性の予備的な観測を行った。一方、分子拡散特性の影響について詳細に検討するために、燃料の種類だけではなく、希釈ガスに窒素に加え、分子拡散係数が小さなヘリウムと大きな二酸化炭素の添加割合を変化させた混合気も対象とし、初年度と同様の実験も進めた。その結果、ヘリウムに比べ相対的に二酸化炭素の添加割合を増やすと、当量比が0.5の超希薄混合気でも微小火炎の燃焼特性が改善されることを明らかにした。
さらに、ガス流動特性による差異および壁の有無が、微小火炎の着火および燃焼特性に与える影響を評価するために、等方性ではなく主流を有するスワール場での微小火炎の燃焼特性や点火条件の影響について検討を開始した。ここでは、まず既設の扁平円筒状定容燃焼装置を改修および点火装置の改良を行った。また、LDVを使用し燃焼器内のガス流速を計測した。そして、当量比0.5と0.8の水素添加プロパン混合気を対象に、着火特性や火炎伝ぱなどの燃焼特性を把握するために、高速度シュリーレンによる観測および圧力履歴の計測も行った。その結果、常温常圧下ではあるが、スワール流速が40m/sを達成できる装置を構築でき、その高速気流中でも着火が可能な混合気条件が存在することなどを明らかにした。
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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
「研究実績の概要」で述べたように、当初の計画のとおり、微小火炎の等方性乱流場およびスワール流場の2種類のガス流動中での燃焼特性を把握するために必要な実験装置および点火システムの構築ができた。特に、扁平円筒状定容燃焼器におけるスワール流を対象にした実験では、４０ｍ／ｓという高速ガス流動中でも着火可能な条件を明らかにできるなど、予想を上回る成果を得ている。
さらに、ガス流動中での微小な火炎において、さらに安定した火炎核形成や火炎伝ぱ手法が求められるが、超希薄プロパン混合気への水素添加の効果を明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年となる3年目は、引き続き混合気の分子拡散特性に着目し、ガス流動特性が微小火炎の着火および火炎伝ぱ度特性さらに火炎性状へ与える影響の把握を系統的に進める。また、化学反応特性時間の影響も検討するために層流燃焼速度を変化させた混合気も対象に同様の検討を実施する。
具体的には、分子拡散特性に着目し各種燃料や希釈ガスおよび広い範囲の当量比に対する多様な混合気に対して、2年目までと同様な静止場での微小火炎の燃焼特性および開発した2とおりのガス流動場で実験を系統的に進める。そして、これら層流場で得られた燃焼速度に最適な火炎サイズ等を基に検討したガス流動中での結果から、着火および燃焼促進に最適な混合気条件や点火条件を提示する。さらに、最適な着火条件に影響を与えうる因子として、検討した混合気が有する分子拡散特性、加えてルイス数およびマークスタイン数等に対して系統的に整理し、火炎性状の結果とも合わせ詳細に検討する。
最終的には、これら整理したデータから、ガス流動中での微小火炎の着火および燃焼促進に支配的な因子を解明する。さらに、その因子に基づく最適な着火条件を予測するモデルを構築することを目指す。
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| Causes of Carryover |
理由は、微小な火炎を形成するために微細な点火栓等を製作・調整するには高度な技術が必要なこと、さらには水素を扱った本研究を安全に予定の通り遂行するためには、安全衛生の資格も有する本工学部で30年以上奉職し定年退職した技術職員を研究支援員として支援頂くための経費が必要になったためです。
経費は、本研究を推進するために有意義に使用させて頂きます。具体的には、本年度4月から研究支援者の経費として使用します。
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