超高速拡散燃焼のための3次元渦生成保炎器を兼ねたマイクロノズルと混合制御システム

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450087
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 吉田 英生 京都大学, 工学研究科, 教授 (50166964)
• 研究分担者: 小林 健一 明治大学, 理工学部, 専任講師 (10242273) ; 齋藤 元浩 京都大学, 工学研究科, 助手 (90314236)
• キーワード: 燃焼 / 高速拡散燃焼 / 保炎 / マイクロノズル / 混合制御

研究概要

マイクロガスタービンでの燃焼器のコンパクト化や等温膨張燃焼過程を実現するために重要な問題の一つが、高速流中で実現するための保炎と高速混合技術の開発である。本研究では、燃料噴射ノズルと保炎器とを一体化させる方法を提案する。すなわち、圧縮後あるいは部分燃焼後の比較的高温の気流中に、断面がエンジェル・フィッシュ形の微小物体を挿入し、その最後尾から燃料を噴出させる。燃料噴出部を挟んで対面する逆回転・逆スワールの渦が強烈な剪断混合層を形成させる。このように3次元性が極めて強く、かつスケールも小さい効果により、従来の保炎器とは桁違いの混合性能が期待されるが、さらに、この複雑流れの固有渦周波数と人工外乱との共鳴現象等も応用して、究極の保炎・混合兼用ノズルを開発することが最終目的である。
今年度は、本研究で提案する3次元渦保炎器の基礎特性確認の第一段階として、比較的低速でスケールアップした燃焼実験を行った。すなわち最終的には寸法1 3mm程度のマイクロノズルの開発が目標であるが、今年度は10mm径の半円筒にスプリッタープレート的に尾を接続したようなノズルを試作し、その保炎・混合特性について目視観察を行った。一方、次年度以降の本実験に備え、高温高速風洞を設計製作し、予熱温度800℃でマッハ数も0.8近い条件を達成すべく予備運転を行った。現時点で測定部は10mm×60mmであるが、流速が当初狙った値に達していないため、測定部を若干小さくしてさらなる加速を行うような設計変更を行った。