2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 予混合火炎 / 角度可変旋回羽根 / 安定燃焼 |
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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，逆火の危険性から旋回羽根後流で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，その非定常伝播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.
昨年度開発した独立可変旋回羽根を実験用燃焼器に設置して，旋回強度を時間的に往復変化させた場合に，管内の火炎の位置を上下方向に往復移動させることを実現した．本年度はこの燃焼システムに高速度カメラで計測した火炎画像の連続処理データに基づき，自動火炎制御システムを構築し，火炎挙動の制御を試みた．この火炎挙動の制御システムでは制御なしの場合には逆火する空気比である流量条件で，制御を行うことで火炎を燃焼管内に安定維持させることに成功した．
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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
昨年度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．その結果に基づいて，本年度は燃焼器に時間可変旋回羽根を設置した．つぎに燃焼管内の火炎の位置を計測するために高速度カメラによる連続撮影を行い，その結果から火炎画像強度分布を逐次解析し，火炎先端の位置が上昇あるいは下降しているかを判別するためのプログラムを作成した．さらに可変旋回羽根の角度を増加あるいは減少させるための制御プログラムを燃焼システムへ組む込みことを行った．その上で，この開発した制御系をもつ燃焼器において，逆火条件での実験を行い，制御なしの場合には燃焼管の上流端まで逆火する空気比の流量条件であるにもかかわらず，この制御を行うことでその火炎を燃焼管内に安定維持することに成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今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た燃焼システムに火炎強度画像を連続測定するための高速度カメラとその画像強度の逐次処理系を構築した．今後の研究の方策としては，この燃焼制御システムに火炎挙動と管内の流速分布を同時に計測するための時系列PIV計測系を組む込みことを考えている．このことから，制御下における旋回強さの変化が流れ場に与える影響および，それに伴う火炎挙動の変化を明らかにすることを考えている．
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| Causes of Carryover |
本年度も継続してコロナ禍のために，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．次年度も発表のため旅費を使用する機会は難しいと思われる．また，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．また，制御プログラムの高精度化をおこない，火炎挙動のさらなる安定化のために高速処理演算を進める予定である．
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Research Products
(2 results)
