2021 Fiscal Year Annual Research Report
Modeling of combustion oscillation using acoustic impedance of as acoustic boundary conditions
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19K14919
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
上道 茜 早稲田大学, 理工学術院, 准教授(テニュアトラック) (10734155)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 燃焼振動 / 音響インピーダンス / 発振周波数 / 音響ネットワークモデル / 音響エネルギー / 圧力損失 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過去に行った実験の結果，水素混合燃料を用いた場合，燃焼器の固有振動数とは異なる200 Hzおよび400 Hz付近での燃焼振動が発生することが発見された．本研究では，燃料の違いに起因する発振周波数のシフト現象を理解するためのモデル構築に取り組んでいる．本年度は以下の項目を実施した．
1. 空気供給系および燃焼器を配管要素とする音響ネットワークモデルへの燃料供給系配管要素の追加
2020年度，燃焼器よりも上流の空気供給系の配管要素を加えて音響ネットワークモデルを新たに構築し，複数の発振周波数の候補として共鳴周波数を得ることができていた．本年度は，このモデルに対して，さらに燃料供給管を追加し，モデルの改良を行った．その結果，配管全体の1次の気柱振動モードの50 Hzを最小値とする共鳴周波数が得られた．また，複数の発振周波数の候補として得られる共鳴周波数は改良前よりも絞ることができた．
2. 音響エネルギーによる燃焼振動の発振周波数の予測
音響エネルギーの増幅率と減衰率の和で表した振動の成長率を燃焼振動の発振有無の指標として，発振周波数を特定した．音響エネルギーの増幅率はn-tauモデルを，減衰率は圧力損失で考えた．減衰の計算については，1に述べた配管系のうち，空気供給系から燃焼器までを考慮した．管摩擦による圧力損失は理論式より求めた．また，配管要素接合部の急拡大あるいは急縮小による圧力損失は，汎用流体解析ソフトを用いて関係式を求め，外挿することによってその値を求めた．その結果，都市ガス専焼の場合，実験で測定された発振周波数に近い394 Hzを含む5つの周波数が，水素混合燃料を用いた場合は196 Hz，426 Hzを含む5つの周波数が得られた．今後，成長率と減衰率のモデリングを改善していく必要はあるものの，本研究から燃焼振動の発振周波数の予測の指針が得られたと考える．
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