2014 Fiscal Year Research-status Report
脈動噴流に衝突する希薄予混合火炎片の局所消炎とその回復機構の実験的解明
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26420156
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
矢作 裕司 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60265973)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 乱流 / 消炎 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
助成初年度は、実験装置の製作と第一段階（申請書Step1）の単一周波数の実験を遂行した。実験装置は、既存の対向流バーナーの1つを倒立設置し、そこからの予混合ガスを壁面に衝突させることにより倒立型よどみ流平面状希薄予混合火炎を形成させた。平板中心に設置した空気噴流を衝突させた。噴流はスピーカーにより脈動され、時間的変動している乱流火炎片を単純化した実験モデルを作ることができた。具体的な研究成果は、次の３点である。全体消炎のプロセス：局所消炎が発生してその領域が拡大して全体消炎に至る直接モードと局所消炎は発生するがそこからの回復が可能であり局所消炎と回復を繰り返し、その時間的空間的スケールが増大してある限界値を超えたときに全体消炎が発生する間接モードを明らかにしたこと、そして、条件によっては、間接全体消炎モード時の全体消炎発生時の燃料濃度が層流火炎の消炎条件を下回ることを発見したことである。渦の効果：局所消炎からの回復には、噴流が火炎に衝突して局所消炎が発生した後に形成される渦が重要な役割を果たしていることが明らかとなった。噴流の強度が小さく場合には、局所消炎後に渦が形成されない場合があり、その場合には、局所消炎から全体の消炎に発展する。ただし、研究計画に記載した、基準周波数と局所消炎とその回復の時間・空間スケールの分類については、脈動噴流の強度を固定して脈動周波数のみを可変した火炎の脈動噴流に対する応答性と全体消炎限界に周波数特性の実験は、完了しているが、間接消炎モードでの同様の実験は音響加振装置の設定など、追加改良が必要な点もあり、本件については、継続して検討を加える。
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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
本年度、計画していた研究の第一段階「全体消炎発生のクライテリアおよび局所消炎とその回復機構の周波数特性」については、ほぼ予定通り計画が進んでいる。これまで、得られた結果は、平成26年12月に日本燃焼学会主催の第５２日本燃焼シンポジウムで発表している。発表した具体的な内容は、次の3項目である。①脈動噴流により局所的に消炎した平面状予混合火炎は、脈動噴流強度の増加に伴い局所消炎しやすくなるが、全体の消炎限界の燃料濃度は低くなる。②局所消炎の引き金に予混合気の平均流速はほとんど影響を及ばさない。しかしながら、全体消炎に至る燃料濃度は主流流速の減少に伴い減少し、条件によっては、層流火炎より燃焼可能領域が広がる。③局所消炎回復機構では、脈動噴流によって発生する渦と火炎端の伝播機構が重要な役割を果たす。また、直近では、今年の6月にナポリで開催される10th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processingにて発表する。この学会では、高速度ビデオカメラを用いて時系列的に撮影した直接的な火炎の映像とレーザートモグラフィーによる二次元断面像に基づき局所消炎とそこからの回復現象を可視化して解説する。今回の実験結果では、アルミナ（固体粒子）とシリコンオイル（液滴）の2つの異なるトレーサーを用いたことにより、トモグラフィーデーターから流れの熱的な様子を可視化する事に成功している。なお、論文はすでに投稿し、受理されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は、ほぼ計画通りに研究が進んでいるので、平成27年度は、申請書に記載した内容に沿って研究を遂行する。具体的な実施項目は、合成周波数の脈動噴流に対する研究であり、等倍周波数と不等倍周波数に対して、平成26年度とほぼ同様の実験手法で実施する。等倍周波数では第一段階で明らかになった基準周波数の倍数を組み合わせた合成脈動噴流（例えば、基準周波数が20Hzの場合では、10Hz+20Hz や20Hz+40Hzなど）に対して火炎片の噴流に対する応答性および局所消炎からの回復機構とそこから全体の消炎への発展する機構について時系列計測を重点的に実施する。入力した脈動噴流と火炎挙動の相互相関および周波数解析(FFTなど)を行う予定である。不等倍周波数は、13Hz+20Hz、 20Hz+27Hzなどの周波数を組み合わせて上記と同様に火炎片と噴流の追従性および局所消炎現象など明らかにする。順調に研究が進行している場合には、平成２８年度実施予定の局所消炎からの回復機構を前倒して行う。余力がある場合には、噴流の物性を変えて実験を実施する。その場合には、まずは、酸化剤を含まない窒素噴流を基本として、熱容量の大きな二酸化炭素や拡散係数の異なるアルゴンなどに対して大地段階で実施した実験項目までさかのぼり検討を加える。また、平成28年度に予定している自己伝播回復機構と渦輸送による回復機構の解明は、その計測方法など難易度の高い実験が予定されているために可能な限り、予定を前倒して研究を遂行するように心がける。
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| Causes of Carryover |
申請時に購入を予定していたハイパワーCW:YVO4レーザー 2,200,000円が為替レート等の影響を受け大幅に値上げしたために購入を断念する事となった。しかしながら、レーザー光源は、本研究を遂行するために必要不可欠である。現在、業者と同等品をレンタルで使用する事を交渉中であり、有料にて貸し出す確約はできているが、金額的なところ調整し、効率よく運用することを調査している。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
理由に記載したように、機器の購入は不可能となったが、レンタルで対応すること研究に支障は無くなる。現段階で、業者の見積もり額は週あたり20万円である。アカデミック割引を交渉中である。
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Research Products
(4 results)
