2014 Fiscal Year Research-status Report
二波長干渉計を利用したマイクロ波プラズマ支援燃焼場の診断に関する研究
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25820069
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
今村 宰 日本大学, 生産工学部, 准教授 (50436515)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 干渉計 / プラズマ / 対向流火炎 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
総合的なエネルギー効率の向上と環境汚染物質の低減を目的にプラズマ支援による燃焼に関する研究が数多く行われてきている。これらプラズマ支援燃焼において、特に非平衡プラズマを用いる場合には電子衝突反応を考えなくてはならず、電子の状態に関する観測が必須である。また火炎を含むプラズマの存在により外部から印加されている電界が影響を受けるため、印加電界とプラズマとの干渉効果を見積もることは、実機関へプラズマ支援燃焼を適用するにあたって重要と思われる。以上のような背景から、本研究では二波長干渉計と分光計測により、プラズマ支援された拡散火炎の主に電子状態に関して計測を行い、プラズマと燃焼現象の干渉および非平衡プラズマを用いたプラズマ支援燃焼のメカニズム解明に関する知見を探るものである。
平成２６年度においては、平成２５年度に前倒して製作したマイクロ波を印加可能な対向流拡散バーナーを用いて、マイクロ波印加が火炎に及ぼす影響に関して調査を行った。干渉フィルターを用いた火炎の観察の結果から、マイクロ波の印加は輝炎に影響を与えるものの青炎には影響を与えないことが明らかとなった。これからマイクロ波が固体であるすすに影響を及ぼしていることが示唆された。現行の実験装置ではマイクロ波印加に伴う放電は観察されず、試行錯誤の結果、活性炭を導入してマイクロ波放電を生じさせ、干渉計を用いて温度場の観察を行った。干渉計の画像から、マイクロ波放電が生じていない場合には火炎周辺の温度分布は変化していないが、マイクロ波放電を生じさせたところ、わずかであるが火炎周辺の温度分布が変化していることが明らかとなった。また合わせて分光計測を実施したところ、放電時特有のスペクトルが観察された。スペクトルの同定には至っていないものの、これらの結果から放電により火炎周りのエネルギー輸送に影響が生じていることが示唆されている。
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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
申請時の計画では、平成２６年度の主な計画はマイクロ波を印加可能な対向流拡散火炎用バーナーを製作し、基礎試験を実施することであった。当初の計画とは細かい点にて相違、改良点があるものの、当該のバーナーおよびマイクロ波の印加装置を製作し、分光計測、干渉計による計測も予定どおり実施できている。他方で本装置の条件ではマイクロ波放電生じず、結果として申請時の計画では発展的な課題として計画していた、マイクロ波が燃焼に及ぼす影響について平成２６年度は検討し、平成２５年度にて開発済みの干渉計を用いて観測を行い、知見を得ることができた。これに加えてマイクロ波放電を生じさせるため、活性炭のバーナー内への導入など当初計画をしていなかった試験も行った。これらから装置の構築においては、予想どおりには進まなかったものの、発展的な課題について検討することができ、この点は計画より進行していると言える。
計測データの解析についてであるが、干渉計計測および分光計測ともに実施しているもの、そのデータの解析は未完了のまま状態であり、平成２７年度に向けてある程度の指針が見えている予定であった申請時計画と比較すると多少の遅れが生じているといえる。しかしながら、元来の計画においても平成２７年度は、当該のデータの更なる取得、および解析を通じてマイクロ波放電が火炎に及ぼす影響について調べるものであるから、この積み残しした内容に関しては平成２７年度内に十分に実施することが可能であると考えている。
以上述べてきたように、実験装置の開発という観点からは、当初の計画からは多少変更があったものの概ね計画どおりに進捗している。計測データの解析に関しては、計画に比して多少遅れが生じているものの、発展的な課題としていたマイクロ波自体が火炎に及ぼす影響についても検討できたことから、本研究計画は概ね計画どおりに進捗していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度において、平成２６年度以前に実施が不十分であった内容について継続的に実施するとともに、更なるデータ取得およびその解析を実施し、研究計画の最終年であることから研究内容の取りまとめを行う予定である。
平成２６年度までに実施した内容から、申請時に計画していた実験装置および計測系の準備は完了しており、平成２７年度においては平成２６年度に引き続き当該の装置および計測系を用いたデータ取得を行うとともに得られたデータの解析に努める。また平成２６年度までに明らかとなった実験装置の問題点について改良を行う。改良点であるが、まず放電方法の再検討がある。平成２６年度には実施できていなかったマイクロ波出力向上の調整行い、火炎以外のものを導入することなくマイクロ波放電を生じさせる手法を検討する。また観測位置について、観測窓の位置の調整も含めて改めて検討を行う予定である。これらの改良をもとに二波長干渉計を用いた評価を継続に実施していくと共に、分光スペクトルの取得、同定についても慎重に検討を進める予定である。
最後にこれら調査を通じて、プラズマと燃焼現象の干渉およびマイクロ波プラズマを用いたプラズマ支援燃焼のメカニズム解明に関する知見を探る。特に平成２６年度において検討した結果から放電時にマイクロ波印加をすることでエネルギーの輸送の経路が変わっている可能性が考えられるため、この点について慎重に検討を実施する。この検討に際しては放電や火炎の存在による電界場の変化の影響についても検討する必要があるため、この点を含めて解析を実施し、以上をまとめて研究の総括とする予定である。
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