2019 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification and model development for the interaction mechanism of solid fuels and gaseous fuels during the mixing-combustion
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19H02073
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
橋本 望 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70392751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 修 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10183930)
武藤 昌也 名城大学, 理工学部, 准教授 (30466445)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 固体燃料 / エネルギーキャリア / 燃焼 / 直接数値シミュレーション / 混焼モデル / アンモニア / レーザ誘起化学蛍光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は，納入業者の都合によりYAGレーザが納入されなかったため，２次元レーザ誘起蛍光法（LIF）システムのセットアップが行えなかった．そのため，２次元LIFを用いた実験は行えなかったが，その代わりに，アンモニアガスの乱流場における火炎伝播に関する実験と理論的な検討を推進した．その結果，アンモニアガスの乱流場における火炎伝播においては，燃料希薄条件においてルイス数が1より小さいことによる拡散熱的不安定性による火炎面積の増大による効果が強く現れ，高い乱流カルロビッツ数条件まで火炎が伝播できることが明らかとなった．また，同じ乱流カルロビッツ数で比較すると，燃料過濃条件に比べて燃料希薄条件の方が，層流燃焼速度に対する乱流燃焼速度の比が大きくなることが分かった．さらに，アンモニアにメタンを混合した場合の火炎伝播限界におけるマークシュタイン数と乱流カルロビッツ数の関係は，メタンの混合率に関わらず同様の傾向となることが明らかとなった．また，アンモニアと微粉炭を混燒した場合の火炎伝播速度は，アンモニア／酸化剤が希薄条件の時はアンモニア専焼時の火炎伝播速度よりも速く，アンモニア／酸化剤が過濃条件の時はアンモニア専焼時の火炎伝播速度よりも遅くなることが分かった．この結果から，本研究課題で事前に想定していた混燒火炎の伝播時に火炎の反応帯よりも前の予熱帯において固体粒子からの揮発分が放出され，反応帯における当量比が増加していると仮定することが妥当であると考えられる．この仮定の検証については，次年度に実施する２次元LIFの実験により行われる予定である．また，ガス燃料として水素を用いた実験では，水素／酸化剤が希薄条件においても水素専焼よりも火炎伝播速度が低くなることが明らかになった．
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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
研究実績の概要で記述したように，本年度は予導入を定していたYAGレーザが業者の都合により納入されず，２次元レーザ誘起化学蛍光法（LIF）のセットアップが行えず，２次元LIFを適用したアンモニア／固体燃料粒子混燒火炎伝播実験を行うことができなかった．しかし，その代わりにその他の検討項目で多数の進展があったため，総合的に見ると，順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，まず来年度のできるだけ早い時期にYAGレーザを導入して２次元レーザ誘起化学蛍光法（LIF）をセットアップし，アンモニア／固体燃料粒子混燒火炎が伝播する際に，予熱帯において固体粒子から揮発分が放出されているかどうかを明らかにすることで，仮説の検証を行う．仮説が検証された後，現象のモデル化を行い，数値解析用のモデル構築に取りかかる．
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Research Products
(10 results)
