2020 Fiscal Year Research-status Report
旋回羽根角度時間可変燃焼器の開発に基づく燃焼安定化制御への応用
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19K04215
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
小宮山 正治 岐阜大学, 工学部, 教授 (40178372)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西田 哲 岐阜大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30377783)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 予混合火炎 / 旋回羽根 / 時間可変角度 / 燃焼安定化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，大型燃焼器に使用される希薄予混合燃焼に関して，逆火の危険性から燃料と空気を急速に混合する必要があり，混合状態が不完全で不均一性が高い予混合状態で火炎を形成するために，局所的高温領域が発生し，窒素酸化物(NOx) 排出を増加させる要因となる．このため，逆火の危険性を抑制させて均一な混合状態を促進し，安定した火炎状態を維持するための燃焼法を確立することが急務となる．
そこで，レーザ応用による時系列画像計測を開発し，管内旋回流をともなう燃焼場における火炎の動的挙動の可視化を可能として，その非定常伝ぱ特性を解析することが燃焼現象の理解および安定燃焼法の確立には重要であると考える．一般には，燃焼状態を変化させるためには，燃焼負荷（空気比および総流量）を変える必要があるが，本研究ではそれとは異なり，燃焼負荷一定の下で，旋回流強さのみを変化させ，火炎の安定化制御への応用を検討する.
本年度は開発した独立可変旋回羽根を実験用燃焼器に設置し，燃焼器内に気体を流している条件で，旋回羽根を時間的に往復運動させて，時間遅れなく正常に動作することを高速度カメラを用いた計測により，確認を行った．次に，旋回羽根を制御し，旋回強度を時間的に往復変化させた場合に，管内に生じる火炎の位置を上下方向に往復移動させることが可能であること明らかにした．さらに，流動状態を可視化するためのトレーサ粒子にオリーブ粒子を利用することで，燃焼場における流れ場と火炎挙動の同時計測を可能として，旋回強度を往復変化させて，その関連性を明らかにした．
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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
本年度は時間可変旋回羽根を設置した燃焼器における予混合火炎挙動と流れの時系列的相関性を解析した．羽根角度を時間的に増加から減少，あるいは減少から増加へ変化させる場合に，管内の火炎の位置を連続的に上下方向へ移動させることが可能であることを明らかにした．その結果から，以下の項目を明らかにした．羽根角度を増加させた場合に，火炎先端付近には上流方向の流れが生じ，火炎は上流方向へ移動すること，および羽根角度を減少させた場合には火炎先端には下流方向への流れが生じて，火炎は下流方向へ移動することが明らかとなった．また，火炎の伝ぱが上流方向から下流方向へ変化する場合には，火炎先端付近の流れが弱くなることが分かった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の方策としては，火炎挙動を計測し，その移動方向を瞬時に判断し，旋回羽根角度の調整を行うことを目指して，高速画像データ転送用カメラを本システムに組み込む．次に，リアルタイムでの時系列画像データから円管内流れおよび火炎挙動を予測し，火炎安定化のために必要な旋回羽根角度の変化情報を出力する．さらに，出力したデータに基づいて，旋回羽根角度の時間変化量を調整する．円管内流れおよび火炎の挙動の時間変化を計測して，旋回羽根角度の信号のフィードバックを行い，火炎挙動の安定化を向上させる．
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| Causes of Carryover |
本年度はコロナ禍のために，発表のために準備していた旅費を使用する機会が生じなかった．また，レーザ装置の修理を依頼したが，感染状況のために当地へ来て修理をしてもらう機会が得られなかった．装置の修理依頼は継続して行っており，修理が完了しだい．実験・計測を行いたいと考えている．次年度は火炎挙動の安定化システムのために作成した制御コードに基づいて，火炎挙動の制御の実験を実施し，火炎挙動の安定化の適用性を明らかにしていきたいと考える．このために未使用であった消耗品費も使用する予定である．
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Research Products
(3 results)
