2016 Fiscal Year Annual Research Report
小型エネルギー変換機器の高効率・環境性能両立実現のための動的設計法の研究
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26289053
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
金子 成彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70143378)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺島 洋史 (石原洋史) 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20415235)
山崎 由大 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60376514)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機械力学 / エネルギー効率化 / 環境調和型 / 制御工学 / モデル化 / 騒音低減 / 燃焼 / 化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、(a)天然ガス、バイオガス、石炭ガス等を燃料とする小型発電用ガスタービン、(b)バイオガスと液体燃料の両方を燃料とするデュアルフューエル自動車用レシプロエンジン、(c)ジェット燃料やバイオ燃料を燃料とする小型ターボジェットエンジンを対象に、高効率と環境性能の両立実現の障壁となっている、①燃焼振動対策、②計算負荷の軽いリアルタイム制御アルゴリズムに資する簡便なモデル、③ノズルから放出される騒音低減デバイス開発について、新たな視点から各機関に内在する動的問題の解決策を提案する。
①については、化学反応方程式に対する高速時間積分法を組み込んだ圧縮性流体解析コードを具体的な燃焼流問題に適応した。また、化学反応を考慮して燃焼状態の燃焼器の温度場を求め、常温で測定した音響インピーダンスを温度補正したものを用いてナイキスト法を適用することで従来は解明できていなかった水素リッチ燃料の燃焼振動の解明に迫ることができた。
②については、エンジン筒内での予混合気の着火特性を常圧のマイクロフローリアクターを利用して簡便に調べるための装置を設計製作し、着火特性の指標であるLivengood-Wu積分計算への利用可能性を示すことができた。また、エンジンからのNOx排出を簡便に見積もることのできる手法を提案した。
③については、ジェットエンジンノズルから排出される気流周辺の渦構造をCFDで可視化し、ジェット騒音能動制御のためのミキシングデバイス設計への指針を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の１番目のテーマである「ガスタービン用小型燃焼器で発生する燃焼振動」の研究において、実験が遅れている。振動発生周波数は補足することができたが、振動の成長率と振動の発生領域を補足することができておらず、H29年度に持ち越しとなった。計算手法は、構築できつつあるので、実験結果によって検証できる可能性が高いものと期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験体系を見直している。具体的には、振動の成長率が計測可能なような、小口径の燃焼器と配管の組み合わせに変更して、従来よりも少ない流量で発振を起こさせ、成長率と発振限界を探ることを予定している。実験では、メタンに水素を混ぜて、燃料に影響を調べるとともに、空気との混合比率である等量比を変化させて振動発生への影響につて調査する。
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| Causes of Carryover |
予算の中で物件費については、燃焼振動計測用実験装置の改造に着手する時期が遅れたため、次年度に持ち越した。また、旅費については、当初予定していた学会発表を国内での学会で発表することになったため、旅費の支出が予定よりも少なかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験装置の再設計と制作費に充てる。目下の課題は、燃焼振動の発振限界の特定である。この目的のためには、従来のものよりも小口径の燃焼器とそれに付随する配管系の改造が必要である。装置の改造のための費用として使用することを予定している。また、H28年度の成果を国際会議で発表するための旅費と参加費にも充てることを予定している。
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