| 研究課題/領域番号 |
15K05843
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
平沢 太郎 中部大学, 工学部, 准教授 (30350987)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 火炎融合状態のマッピング / 火炎形状計測 / 粒子温度分布計測 / 速度分布計測 |
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| 研究実績の概要 |
微小火炎相互の干渉によって，マイクロ径の燃料ノズル群の上には，対流の影響が少ない低Peclet数流れ場にCO濃度が高く還元性の高い微小火炎群を形成することができる．この燃焼場を，従来の火炎では実現できない化学合成に適した反応場として利用するため，その特徴を明確にするべく可能な制御範囲について検討を加えた．
微小火炎群を反応物微粒子が通過する構造を持ち，ノズルピッチの異なる3種類のバーナを製作し，ノズルピッチ，燃料流量，および空気流量による，火炎融合状態の変化のマッピングを行った．火炎融合状態によって，個々の火炎が独立し火炎面が燃料ノズルの空気ノズル側のみに形成される状態，個々の火炎が独立し火炎面が各燃料ノズルの周囲を囲んで形成される状態，火炎が一体化して形成される状態，一体化した火炎の中心に火炎面が形成されている状態の，4つの状態に分類できること，さらに一体化した火炎の中心に形成される火炎面の状態を含めると５つの状態に分類できることがわかり，さらに，それらの形成条件を明らかにした．
添加した不活性な固体微粒子に対してマルチスペクトル法に基づいた温度計測手法を確立し，燃料流量および空気流量に対する合成反応場の温度分布の変化を明らかにした．さらに，固体粒子温度が最高となる流量条件では，断熱火炎温度を上回る2400K以上を達成することがわかった．空気流の予熱を示す計測結果が得られたことから，空気流の予熱の効果により，室温を基準とした断熱火炎温度を上回る火炎温度が得られたと推定された．微小火炎群を形成する特殊なバーナ構造により，比較的容易に超高温まで反応物微粒子の加熱が可能なことが明らかとなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
マイクロ空気ノズルの周囲に６つのマイクロ燃料ノズルを等間隔に配置した微小火炎群を形成させるバーナが製作され，ノズルピッチ，燃料流量，および空気流量による，火炎融合状態の変化のマッピングは達成されたと言える．
合成反応場の中間生成物層のガス濃度分布計測については，設備面の問題から次年度に先送りにされたが，一方で次年度に予定していたＰＩＶによる流速分布計測は繰り上げて実施された．
添加した固体微粒子に対してマルチスペクトル法に基づく温度計測手法を確立し，燃料流量および空気流量に対する合成反応場の温度分布の変化に関するデータ取得は達成されたと言える．この温度分布とＰＩＶによる流速分布の測定結果とを組み合わせることで取得できる粒子温度履歴，滞留時間の取得については，次年度の予定を繰り上げて実施され，現在解析作業の段階にある．
本研究は，ガス濃度分布計測は次年度に先送りになったものの，速度分布計測は予定を繰り上げて実施しており，概ね当初の予定通り順調に進展していると考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
未達成の合成反応場の中間生成物層のガス濃度分布計測を最優先で実施する．これより，CO濃度が高く還元性の高い微小火炎群の形成条件範囲を明らかにする．さらに，それらの条件範囲において，酸化金属微粒子を添加し，反応後の添加粒子の評価から，粒子の還元特性とその条件について実験により検討を加える．微小火炎群による火炎合成の優位性や特徴を幅広く明らかにするため，酸化金属以外の粒子も含む様々な粒子の添加行い，微粒子材料の合成とその評価を実施する．
粒子温度計測では，断熱火炎温度を上回る温度が計測され，予想外の高温が達成可能であることから，火炎の予熱構造を検証するために数値解析を実施する．現状の600nmから1000nmを対象にしたマルチスペクトル法に基づく微粒子温度の計測手法では1500K以下の計測が不可能であるため，レーザー誘起2色温度計測法などを用いた1500K以下の低温粒子温度計測を試み，低温側の制御範囲の特定に挑戦する．
初年度の成果と以上の成果をまとめ，中間生成物層やラジカル層での滞留時間，高温場での滞留時間など合成反応に直接影響する「合成パラメータ」を制御するモデル，すなわち合成反応場制御モデルを提案し，制御技術の基礎の確立を目指す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究プロジェクトは，平成２７年４月から平成２８年１月までは滞在していた米国ケンタッキー大学にて実施し，平成２８年１月から３月までは中部大学にて実施していた．米国滞在中は，ケンタッキー大学の設備と消耗品を使用したため，試薬や光学系，配管類，ガスボンベ等の実験用消耗品を購入する必要がなかった．また，予定していたガス分析や電子顕微鏡での粒子観察は，滞在先では設備面の問題でできず次年度へ繰り越しとなったこともあり，それらに要する費用は発生しなかった．
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| 次年度使用額の使用計画 |
前年度，米国滞在先では実施できなかったガス分析や電子顕微鏡での粒子観察を次年度に実施するため，必要とされるガス分析用カラムやガスボンベ，電子顕微鏡観察用消耗品の購入に使用する．また，前年度購入していなかった光学系や微小送り用部品，バーナー用部品を購入予定である．さらに，断熱火炎温度を上回る火炎温度が計測され，予想外の高温が達成可能であることから，火炎の予熱構造を検証するために数値解析を実施する．その数値解析に必要とされるワークステーションの購入に使用する．
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