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Study on combustion limits using microgravity experiments towards the establishment of zero NOx and CO2 emission combustion technology

Research Project

Project/Area Number 17J03776
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thermal engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

奥野 友哉  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
KeywordsFlame ball / Sporadic flame / 微小重力燃焼 / 燃焼限界
Outline of Annual Research Achievements

今年度は対向流火炎の極低流速域において観察される球状火炎に着目した実験および数値計算を行った。実験ではCH4/O2/Kr(ルイス数0.7-0.8)およびCH4/O2/Xe(ルイス数0.5)混合気を用い、微小重力実験を行った。計算では、詳細化学反応機構を用いた一次元定常対向流火炎計算、一段総括反応機構および拡散・熱的モデルを用いた三次元および一次元半理論非定常計算を行い、実験結果と比較した。
実験では、Xe混合気を用いた場合に多数の球状火炎が形成されるSporadic flameが低伸長率条件で観察されたが、Kr混合気を用いた場合はSporadic flameが観察されなかった。また、Sporadic flameが観察される領域では、実験で得られる燃焼限界がいちじげん定常対向流計算で得られるうものより低当量比に位置した。ルイス数によるSporadic flame形成の有無および燃焼限界の傾向を一段総括反応機構および拡散・熱的モデルを用いた三次元半理論非定常計算でも再現できた。拡散・熱的モデルの三次元半理論定常計算を用いて得たFlame ballのとSporadic flameの計算結果を比較した結果、反応帯近辺ではSporadic flameとFlame ballの火炎構造が良く一致することがわかった。よどみ面と平行方向におけるSporadic flameの大きさを計測し、Flame ballの大きさと比較した結果、Sporadic flameの大きさに対する当量比依存性は限界近傍におけるFlame ballの傾向と一致した。また、伸長率の減少とともにFlame ballへの大きさへと漸近することがわかった。これらより、Sporadic flameは通常の伝播火炎である対向流火炎と、Flame ballを接続する中間的な火炎形態であることが示された。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Far Eastern Federal University(ロシア連邦)

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Journal Article] Broken C-shaped extinction curve and near-limit flame behaviors of low Lewis number counterflow flames under microgravity2018

    • Author(s)
      Tomoya Okuno, Takaki Akiba, Hisashi Nakamura, Roman Fursenko, Sergey Minaev, Takuya Tezuka, Susumu Hasegawa, Masao Kikuchi, Kaoru Maruta
    • Journal Title

      Combustino and Flame

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微小重力場を用いた対向流予混合火炎の燃焼限界および球状火炎の形成にルイス数がおよぼす影響に関する研究2017

    • Author(s)
      奥野友哉,中村寿,手塚卓也,長谷川進,菊池政雄,丸田薫
    • Organizer
      第54回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小重力場を用いた低ルイス数予混合伸長火炎の燃焼限界に関する研究2017

    • Author(s)
      奥野友哉,秋葉貴輝,中村寿,手塚卓也,長谷川進,菊池政雄,丸田薫
    • Organizer
      第55回燃焼シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] The effects of Lewis number on the combustion limit, near-limit boundary, and flame regimes of low-Lewis-number counterflow flames under microgravity2017

    • Author(s)
      Tomoya Okuno, Hisashi Nakamura, Takuya Tezuka, Masao Kikuchi, Kaoru Maruta
    • Organizer
      International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on the effects of Lewis number on the combustion limits of stretched premixed flames and the formation of ball-like flames under microgravity2017

    • Author(s)
      Tomoya Okuno, Hisashi Nakamura, Takuya Tezuka, Masao Kikuchi, Kaoru Maruta
    • Organizer
      The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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