CO_2およびNOx無排出燃焼法の基礎現象解明

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450078
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 新岡 嵩 東北大学, 流体科学研究所, 教授
• 研究分担者: 花井 宏尚 東北大学, 流体科学研究所, 助手 ; 小林 秀昭 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (30170343)
• キーワード: 二酸化炭素 / 酸化窒素 / 予混合火災 / 非灰色ふく射 / 拡散火災

研究概要

CH_4/O_2/CO_2の層流予混合火災における火災の伝播と可燃限界に対して、非灰色ふく射と圧力の複合効果を数値的に解析し、結果は以下のようにまとめられる。(1)SNB(Statistical Narrow-Band)モデルによる非灰色ふく射と効果を考慮することより、CO_2希釈率が増加すると、層流予混合火災の燃焼速度と可燃限界に大きな影響がでることが分かった。すなわち、ふく射損失によって可燃限界が出現し、燃焼速度もこの点で最小値を示す。(2)SNBモデルのような非灰色ふく射モデルを考慮することにより、圧力の増加に伴って、CH_4/O_2/CO_2火災は、従来とは全く異った傾向を示すことが分かった。すなわち、可燃限界はCO_2希釈率増加と共に狭くなっているが、本解析はある圧力で極小値を取ることが分かった。
更に、CO_2希釈酸化剤に対する層流噴流拡散火災の安定性に関して、基本特性を実験的に把握することを目的とし、メタンと、CO_2希釈酸素およびN_2希釈酸素に対する同軸噴流層流拡散火災に対する火災高さ、火災浮き上がり限界、および吹き飛び限界の希釈ガスによる違いを明らかにした。噴流拡散火災の安定機構は、熱と物資の拡散過程、化学反応過程が複雑な関係により、火災基部付近の温度場、濃度場を詳細に知る必要があり、実験的な検討は困難な点が多い。そこで本研究は、本実験結果を再現しうる詳細な反応機構を考慮した数値解析コードを開発して計算を行い、その結果を用いてCO_2希釈酸化剤に対する層流噴流拡散火災の構造と安定機構に関する計算を一部進めた。実験とは比較的良好な一致を見た。

研究成果

• [文献書誌] J.Ruan,H.Kobayashi,T.Niioka: "A Study of Laminar Burning Velocity of Premixed CH_4/O_2/CO_2 Flames"Proceedings of the Fifth Asia-Pacific International Symposium on Combustion and Enegy Utilization,. 192-199 (1999)
• [文献書誌] J.Ruan,H.Kobayashi,T.Niioka,Y.Ju: "Combined Effects of Non-Gray Radiation and Pressure on Premixed CH_4/O_2/CO_2 Flames"Combustion and Flame,(Submitted). (2000)
• [文献書誌] 阮,小林,新岡: "CO_2およびNO_2無排出燃焼法の基礎現象解明"日本機械学会,いわき地方講演論文集,. 138-139 (1997)
• [文献書誌] 阮,小林,新岡: "CH_4/O_2/CO_2予混合火災の基礎特性に関する研究"第35回燃焼シンポジウム講演論文集,. 323-325 (1997)
• [文献書誌] 阮,小林,新岡,Y.Ju: "CH_4/O_2/CO_2予混合火災における非灰色放射と圧力の混合効果"第36回燃焼シンポジウム講演論文集,. 395-397 (1998)
• [文献書誌] J.Ruan,H.Kobayashi,Y.Ju: "Combined Effects of Non-Gray Radiation and Pressure on Premixed CH_4/O_2/CO_2 Flames"Proceedings of the Second Asia-Pacific Conference on Combustion. 115-118 (1999)