| 研究概要 |
本研究は,高温・高圧環境における乱流燃焼機構の解明を低酸素乱流燃焼に拡張し,燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式として応用展開を行うための指針を得ることを目的とする.具体的には,燃焼ガスを模擬して窒素および二酸化炭素により希釈された低酸素空気を酸化剤として用い,乱流予混合火炎および乱流拡散火炎を研究対象として,OHおよびCHラジカル分布計測による乱流火炎構造と反応帯構造の観測,乱流減衰過程の測定,乱流燃焼速度の測定等行った.
乱流拡散火炎の研究においては,最高温度1300Kまで予熱し窒素および二酸化炭素希釈により酸素濃度を4%まで低下させた乱流噴流拡散火炎に対して,PLIF法によるCHラジカル分布を可視化を行った.その結果,高温・低酸素雰囲気の乱流拡散火炎は特にリフト火炎においては小さな燃料塊に分断され,その周りに薄い発熱帯をもつ泡状火炎構造となることをはじめて明らかにすると共に,リフトしない火炎でもNOx排出量が大幅に低下することNOx計測により示した.
乱流予混合火炎の研究においては,573Kまでの高温かつ1.0MPaまでの高圧環境において,体積分率10%までCO_2で空気を希釈して酸素濃度を低下させ,メタンを燃料とし排気ガス再循環を行った予混合型ガスタービン燃焼器内部の条件を模擬した乱流予混合火炎の安定化に成功した.OH-PLIFにより瞬時火炎断面像を解析し,フラクタル解析により火炎領域の最小凹凸スケールに対する火炎の固有不安性効果およびCO_2希釈の影響を確認した.さらに,乱流燃焼速度,火炎領域において時間平均化された生成物質生成速度を求めた.その結果,CO_2希釈による低酸素濃度化は火炎領域体積を増大させ時間平均化された生成物質生成速度を低下させること,すなわち発熱領域が増大して緩やかな熱発生となることが明らかとなった.これは,予混合ガスタービン燃焼器における燃焼不安定性を抑制する重要なファクターであり,本研究で提案した燃焼ガスを再循環した新しい高負荷燃焼方式によるガスタービン燃焼器の可能性を支持する重要な知見である.
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