| 研究課題/領域番号 |
20H02078
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30170343)
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| 研究分担者 |
早川 晃弘 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (90709156)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | アンモニア燃焼 / 噴霧燃焼 / 噴霧構造 / フラッシュ噴霧 / スワール燃焼器 / 層流燃焼速度 / アンモニア水 / 乱流燃焼 / 高圧燃焼 / 液体アンモニア燃焼 / アンモニア水溶液 / 液体アンモニア |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ガスタービン燃焼を想定した10 気圧、500 Kまでの高温高圧環境において、１）液体アンモニアならびにアンモニ水溶液を噴射させた場合の噴霧構造と噴霧粒径の計測、２）液体アンモニア噴霧火炎およびアンモニア水溶液噴霧火炎の安定限界測定、３）排出ガス中のNOxおよび未燃アンモニア濃度計測、４）OH-PLIF、NH-PLIF同時計測による高圧乱流アンモニア噴霧火炎、およびアンモニア水溶液噴霧火炎の火炎構造解明を行う。これらにより、燃料アンモニアのガスタービンへの応用に資する。
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| 研究成果の概要 |
予混合気を500Kまで予熱するとアンモニア火炎の層流燃焼速度は20 cm/sまで増大するが、質量分率30%のアンモニア水では50%近く減少した。液体アンモニア噴霧は、フラッシュ噴霧形成により噴霧角が広がらない。アンモニア水の噴霧は、水噴霧と液体アンモニア噴霧の中間的性質を有し噴霧角が広がる。液体アンモニア噴霧の特性は、OpenFormを用いた数値解析で再現できた。液体アンモニアの大気圧環境への噴霧は中心軸上の温度が-55℃程度まで低下し、気相比体積が減少し噴霧粒子が中心軸付近に集まる。供給空気の予熱により噴霧温度低下を補うことでスワールバーナによる液体アンモニア噴霧火炎の安定化に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
気候変動問題への対応としてエネルギー分野の脱炭素化は不可欠であり、カーボンフリー燃料である水素の技術開発が進められているが、特に海外から大量に輸送するコスト問題が大きくなかなか普及しない。一方、アンモニアは水素と同じくカーボンフリー燃料であるが、輸送や貯蔵のコストが低く、その技術開発が急ピッチで進められている。特に利用技術において、アンモニアを液体のまま燃料として利用できれば、蒸発に要するエネルギーが不要で、ガスタービン発電では電力要求変動にも迅速に対応できる。そのため、液体アンモニア燃焼の研究開発が望まれており、本研究はその要求に応えるとともに、燃焼科学に進歩に資するものである。
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