2016 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical simulation and experimental validation of interaction between wall and flame
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26820062
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林 直樹 神奈川工科大学, 工学部, 准教授 (00377839)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 燃焼工学 / 数値シミュレーション / 予混合燃焼 / 壁面と火炎の干渉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，小型動力源の開発が進められているが，内燃機関では一般に壁面が火炎を囲う構造をしていることが多いため，燃焼器の小型化において壁面が火炎に及ぼす影響を考慮することは重要である．壁面が火炎に及ぼす影響として，熱損失と表面反応によるラジカルクエンチングが挙げられる．これらにより壁面近傍で消炎や不完全燃焼が生じ，燃焼効率の低下や有害物質の発生を引き起こす．そのため，これらの現象の把握は燃焼器の小型化において重要な課題あり，特に触媒ではない一般の材質における表面反応の影響の解明は不十分である．
本研究では特に，既燃ガス側における表面反応の影響を明らかにするため，既燃ガスと壁面が接するよどみ流予混合火炎を対象に，この火炎を模擬し，表面反応を考慮に入れた数値解析とOH-PLIF法を用いたOH蛍光強度の計測を行った．このとき，数値解析では異なる壁面温度や壁面の表面反応が活性（Active）または不活性（Inert）について検討を行った．また，実験では，壁面の材質をニッケル基合金，銅などを用いて比較を行った．
まず，実験では材質の違いによってOH蛍光強度分布に表面反応の程度の差によるものと考えられる影響が表れた．また，数値解析のActive wallとInert wall を比較すると壁面近傍の気相において，実験で表れた表面反応の程度の差に対応していると考えられるOH濃度分布の違いが確認できた．
次に，数値解析において表面反応による壁面上での各化学種の吸着・脱離速度は壁面温度が大きくなるについて増加し，特に壁面近傍においてOH, H, Oの濃度が変化した．また，気相におけるこれらの化学種が関与する各素反応を調べたところ，壁面温度の違いに対して各ラジカルの生成，消費に関与する素反応は変化し，その変化の傾向は素反応によって異なることが分かった．
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