2013 Fiscal Year Research-status Report
二つの超音波効果の融合による広範囲混合促進で実現する超希薄燃焼の安定機構解明
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25420143
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣田 光智 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50333860)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 超音波 / 希薄燃焼 |
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| Research Abstract |
２系統の同じ周波数で得られる超音波の効果を融合させて、噴流バーナで形成される火炎において希薄燃焼限界（通常は燃料濃度が薄く火が消える）条件での安定かつ継続的燃焼を実現することを目的とする。１系統では限定されていた混合促進範囲をシステムの最適化で増幅し、さらに２系統並列で用いることで拡大し、スケールの大きな火炎においても超音波が効果的に作用するシステムを構築する。これにより、木質バイオマスのガス化炉などで必要な継続的な超希薄燃焼の実現を目指す。
平成２５年度は、１系統の振動システムを用いて、円形の噴流コアを振幅増幅により中心方向へ大きく変形させることが主な目標であった。既存の振動システムのインピーダンス整合を行い、振幅の増幅を音圧レベルで確認した。また振幅増幅により、より大きな火炎にも適用できることを確認するために、直径10mmのノズルを新たに製作した。既存の直径2mmの噴流火炎と同様に、噴流の浮き上がり限界、バーナリムへの再付着限界、吹き飛び限界などの安定限界を測定した。その結果、浮き上がり火炎として存在できる範囲すなわち、吹き飛び限界値から再付着限界値までの範囲に変化が見られた。直径2mmのバーナを用いた場合には、燃料流速が比較的大きいときにこの範囲が拡大した。振動の振幅を増幅しているため、燃料流速の比較的大きいときに超音波の効果が顕著に表れたと考えられる。直径10mmのバーナを用いた場合には、燃料流速が比較的小さいときにこの範囲が拡大した。振動の振幅を増幅しているため、火炎が大きくなっても超音波の効果が得られたことを示している。ただし、比較的大きい流速のときには超音波の効果が顕著に表れなかった。アセトン平面レーザ誘起蛍光法を用いて噴流の断面形状を観察した結果、振動の振幅を増幅させたことで直径10mmの噴流コアを大きく変形させていることがわかった。
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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
平成２５年度の実施計画は、１）既存の装置の振幅増幅を増幅させる装置と直径10mmのノズルを製作する、２）１系統の振動システムを火炎に照射して安定限界を測定するととともに、アセトン平面レーザ誘起蛍光法により噴流コア断面の変形を可視化し振幅増幅の効果を検証する、３）浮き上がり火炎に関連したCFDの準備をする、の三つの項目を達成することを目標とし、４）随時、各項目の進捗状況の把握をし補足実験を行うこととしていた。１）および２）に関しては、ほぼ達成した。ただし、直径10mmのノズルを使用した場合、火炎が大きく乱れるため、断面の変形を計測することが困難な場合がある。また、振動システムの振幅増幅は一定の効果が得られたが、電源とのマッチングが不十分で効果が限定的である。これらの問題を解決するために現在追実験を行っている。また３）のCFDに関しては、特に高周波圧力変動が燃料と酸化剤の混合と噴流コアに与える影響に着目して準備を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度の研究結果をもとに、振動システムを２系統に拡張する前に、直径10mmのノズルを使用した場合の流れの乱れを考慮すること、１系統の振動システムにおいて電源とのマッチングの不足を解消すること、の二点に対応することを計画に追加する。これらの問題の一定の改善を確認後、振動システムを２系統に拡張する。すなわち平成２６年度の実施計画は、１）１系統の振動システムの電源とのマッチング不足と直径10mmのノズルを使用した場合の火炎の乱れに対応する、２）２系統の超音波装置を同時に稼働させ照射位置の移動により安定限界の拡大を狙う、３）アセトンレーザ誘起蛍光法で可視化する未燃領域とOHレーザ誘起蛍光法で可視化する火炎領域の同時計測により、火炎に特有の構造を間接的に計測し、燃料濃度が薄い状態での火炎構造を診断する、４）CFDを用いて圧力変動と燃料の混合の関係を調査する、の四つの項目を達成することを目標とし、５）随時、各項目の進捗状況を精査し補足実験を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
消耗品購入において物品の追加があったが購入時の割引により当初予定より安価に納品した。
新たに追加した研究事項の一つである直径10mmのノズルにおける火炎の安定化のために、装置改造費として使用する。
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