| 研究課題/領域番号 |
21K03893
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
西岡 牧人 筑波大学, システム情報系, 教授 (70208148)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 旋回対向噴流火炎 / 三重火炎 / 希釈燃焼 / メタン燃焼 / 水素燃焼 / 窒素酸化物 / 旋回流 / 対向噴流拡散火炎 / 超希釈燃焼 / 水素火炎 / 旋回空気流 / 環状空気流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は対向噴流拡散火炎を用いて二酸化炭素希釈メタンの超希釈燃焼の実現を目指し，また詳細反応数値計算を用いてその燃焼メカニズムの解明を目指すものである．燃焼方式としては，空気の旋回流中に噴射管から燃料を対向して噴射する旋回空気対向噴流方式，および非旋回環状空気流の中心の固体円柱に向かって噴射管から燃料を噴射する環状空気対向噴流方式の二つを用いる．
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| 研究成果の概要 |
本研究では当初の計画を若干変更し，対象を二酸化炭素希釈メタン空気の旋回対向噴流三重火炎および水素空気の旋回対向噴流拡散火炎に変更した．そして前者の希釈消炎限界と後者のNOx排出特性を実験的に調べるとともに，詳細反応数値計算によりそれらのメカニズムを調べた．その結果，二酸化炭素希釈メタンの旋回対向噴流三重火炎は希釈に対する耐消炎性が大きく向上し，一元的火炎伝播における希釈可燃限界ギリギリの希釈率まで安定に燃焼すること，水素空気旋回対向噴流拡散火炎においては燃料噴射管出口のすぐ外側に既燃ガスの逆流領域が形成されるため，比較的低い全体当量比においてNOxの生成が大きく抑制されることが明らかになった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
低品位バイオガスや製鉄所からの副生ガス，燃料電池のオフガスなどは不燃成分を多く含み，通常では燃焼が困難である．従ってそれを安定に燃焼させる燃焼技術の開発はエネルギー問題の解決に貢献する．本研究で旋回対向噴流三重火炎方式が安定な希釈燃焼に有効であることが明らかになり，その方式を利用した実機の開発へのヒントになる．一方，水素火炎はCO2は排出しない点ではクリーンであるが，NOxは一般に炭化水素以上に排出されるという問題がある．本研究の旋回対向噴流拡散バーナの結果はNOx排出を大きく削減できる可能性を示しており，低NOx水素燃焼技術の開発へのヒントになる．
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