2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of Innovative Assisted Combustion Process Using Extended Microwave Plasma
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19H02507
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山本 剛 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20321979)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸田 昌浩 九州大学, 工学研究院, 教授 (60243903)
松下 洋介 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (80431534)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マイクロ波プラズマ / 支援燃焼プロセス / バイオガス / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，拡大型マイクロ波プラズマを適用したプラズマ支援燃焼の燃焼ダイナミクスを明らかにするため，メタンを対象とした検討を行うと共に，バイオガスを対象とした実験を実施した．
実験的検討では，空気あるいは酸素燃焼火炎について，異なる４つのノズルを用いて実験を実施した結果，より薄いノズルのほうが可燃範囲は広くなった．本装置は片側からマイクロ波を照射してプラズマを形成するが，マイクロ波が火炎内を通過する際に減衰しながら進むため，薄いノズルのほうがマイクロ波の減衰が抑制され火炎の広い範囲でプラズマにより燃焼が促進されたためである．また，酸素燃焼を行ったが，空気燃焼の場合よりも反応が悪化した．窒素は燃焼に関与しないため，通常，空気燃焼よりも酸素燃焼のほうが反応は良くなるが，プラズマ下においては窒素が酸素よりも強力な酸化剤であるOHラジカルを多く生成すること，表面エネルギーが高いこと，電子密度が高くなることから，このような結果になったと考えられる．これらの結果を基に，バイオガスに本法を適用し，バイオガスの部分酸化改質を行った．その結果，バイオガス中のCH4からH2，COを生成すると共に，発熱量の無いCO2から発熱量を有するCOを生成することで，バイオガスのアップグレードに成功した．
一方，数値シミュレーションでは，FDTD (Finite-Difference Time-Domain)法と流体シミュレーションを融合したプログラムコードを作成した．FDTD 法はMaxwell方程式を空間的，時間的に差分化し，数値的に解くことによりマイクロ波の電磁界解析を行うものであり，流体シミュレーションに組み込むことで，反応器内の流動状態，電場，磁場を同時に解析することが可能となった．さらに，このプログラムに酸素の電子衝突乖離反応を組み込み，酸素を用いたマイクロ波プラズマの解析を実施した．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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