2012 Fiscal Year Annual Research Report
複雑数理工学が拓く燃焼不安定の非線形ダイナミックスの解明と工学的応用
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23686037
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
後藤田 浩 立命館大学, 理工学部, 准教授 (00434712)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 燃焼 / 非線形力学 |
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| Research Abstract |
燃焼は流動, 熱・物質拡散, 化学反応が相互に作用し合う複雑な非線形現象であることから, 複雑に変動する燃焼不安定の非線形ダイナミックスを明らかにしていくことは重要な研究課題の一つである. 特に, 近年体系化が著しく進んでいる非線形動力学の視点から燃焼不安定の非線形ダイナミックスを明らかにしていくことは, 基礎燃焼分野の新たな展開を切り開いていくだけでなく, 高度化する燃焼器の最適な設計・制御の開発にも大きく寄与すると思われる. このような視点に立って, 本研究は工学的・工業的に重要な低NOx型の希薄予混合ガスタービンモデル燃焼器で生じる燃焼不安定(希薄吹き消えや振動燃焼)を対象に, 燃焼不安定の非線形ダイナミックスを解明することを目的とする. また, 抽出された燃焼不安定の決定論的な特徴に基づいて, 燃焼不安定の早期検知・制御の可能性を明らかにすることも目的とする.
ガスタービンモデル燃焼器内の圧力変動から構築される位相空間内の軌道群平行度を定量化する並進誤差と, 位相空間内の点分布の順列オーダーパターンを定量化する順列エントロピーを検知器として用いることで, 希薄吹き消えの予兆を捉えられる可能性を明らかにした. これらの検知器を用いて, 燃焼器に供給する二次燃料流量を制御することで, 希薄吹き消えの事前回避が可能であることが明らかとなった. また, 動径基底関数ネットワークによる圧力変動の短期予測とマルチフラクタル解析による自己相似性の定量化によって, 希薄吹き消え付近における燃焼ダイナミックスは負の相関を持った非整数ブラウン運動であることを明らかにした.
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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
動径基底関数ネットワーク法による圧力変動の短期予測やマルチフラクタル解析による自己相似性の定量化によって, 希薄吹き消え付近の燃焼ダイナミックスを明らかにした. また, 希薄吹き消えの事前検知・回避を可能とする基本的なシステムを構築した. 燃焼不安定の力学的特性の解明, ならびにその検知・回避手法の基本的な確立は予定通りに進展しているが, 燃焼不安定の中でも重要となる間欠的な振動燃焼の発生メカニズムの解明は進んでいない.
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では, 燃焼不安定の力学的特性の解明, ならびにその検知・回避手法の基本的なシステムの構築を行ってきたが, 熱発生率に関連した物理量であるOH自発光強度変動についても, 力学的特性の解明が必要とされている. また, 間欠的な振動燃焼の発生メカニズムを解明する必要がある.
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