2017 Fiscal Year Annual Research Report
Construction and validation of high-fidelity chemical kinetics for combustion outside of flammability limit and for flame retardance mixture
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16K14168
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
丸田 薫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50260451)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 寿 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (40444020)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 温度分布制御型マイクロフローリアクタ / 可燃限界 / 微燃性冷媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では次の二項目について実施した。１）可燃限界をはるかに下回る燃料濃度において、炭化水素燃料の燃焼化学反応モデルを検証する（対象燃料CH4）。２）微燃性冷媒を対象に、その化学反応機構による燃焼性の客観評価を行う（対象冷媒R32）。
１）可燃限界外条件で高精度の実験結果を得るため、まず幾何学的に対称な加熱が可能な縦型リアクタを製作した。燃料をメタンとし、微小重力実験を実施しているメタン・酸素・キセノン混合気の可燃限界近傍～限界外条件を対象に研究を実施した。当量比0.3から0.7の範囲を対象にマイクロフローリアクタでの火炎位置を基準に既存の化学反応機構の検証を実施した。広く使用されている既存の化学反応機構（GRI、San Diego Mech、Aramco Mech）の三者それぞれ大きく異なる予測となり、San Diego Mechが最もよく実験結果を再現することを明らかにした。
２）微燃性冷媒として使用されているR32（CH2F2）を対象に研究を行った。CH2F2/airの2段のWeak flameを観察した結果，Linteris mechが実験結果を定性的に再現すること、最大熱発生率のピーク位置、実験結果の輝度分布のピーク位置は、ともにCH4に比べ、CH2F2の方が高温側に位置することがわかった。さらにCH2F2/airとCH4/airの火炎構造の分析から、CH2F2の反応性の低さはCF2:OおよびH2Oの残留による効果に加えて、HFの生成によって反応帯におけるHラジカルが減少し、OHラジカルが減少するためであることなどを明らかにした。一方で通常の着火遅れ時間はCH2F2の方が短いことは興味深い。
以上の成果により、温度分布制御型マイクロフローリアクタは、可燃限界外や難燃性燃料など、通常は自律燃焼しえない場合も安定に化学反応機構の評価に使用できることを明らかにした。
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