| 研究概要 |
本年度は数値計算用計算機を購入し,一酸化炭素-水素-窒素混合気(体積比CO:H_2:N_2=0.205:0.410:0.385)と空気の同軸流拡散火炎の詳細反応数値計算を行った.また比較のためにメタン-窒素混合気(体積比CH_4:N_2=0.640:0.360)と空気,水素-窒素混合気(体積比H_2:N_2=0.633:0.367)と空気の同軸流拡散火炎の計算も並行して行った.これらの混合比は理論混合気の断熱火炎温度が全て等しくなるように決めたものである.続いて,計算に対応した同軸流拡散火炎の実験をこれら三種の燃料混合気に対して行い,火炎中の温度,主要成分濃度,NO_x濃度の空間分布を各々熱電対,ガスクロマトグラフ,化学発光式NO_x計を用いて測定し,計算結果との比較を行った.数値計算においては化学反応機構としてGRI-mech3.0とGRI-mech2.11を使用した.その結果,メタン-窒素-空気火炎のNO_x濃度分布以外の全てについて2つの反応機構による差はほとんど無く,また数値計算と実験の間で非常によい一致が得られた.しかしメタン-窒素-空気火炎のNO_x濃度については,実験値は2つの反応機構に対する結果の中間的な値を示し,あまりよい一致は得られなかった.
以上の数値計算と実験の共通の結果として,一酸化炭素-水素-窒素-空気火炎の温度分布,火炎長さ,NO排出量はメタン-窒素-空気火炎より水素-窒素-空気火炎に似ていることが分かった.即ち,メタン-窒素-空気火炎に比べると一酸化炭素-水素-窒素-空気火炎の火炎長さは大幅に短く,またNO排出量は大幅に少ない.更に,計算結果に基づいて火炎中のNO_x生成に対する定量的反応経路図を作成した結果,一酸化炭素-水素-窒素-空気火炎のNO_xは水素-窒素-空気火炎と同様に主としてNNH経由で生成され,Cを含む成分はほとんど反応に関与していないことが明らかになった.
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