| 研究課題/領域番号 |
18K03967
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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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 超希薄燃焼 / 旋回火炎 |
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| 研究実績の概要 |
2019年度は、まずプロパンと正ブタン空気火炎を燃料として、実験で火炎形状を調べるとともに軸対称二次元詳細反応数値計算を行なった。数値計算では並列計算を実施した。なおプロパンの実験ではOH-PLIF（OHラジカルを対象とした平面レーザ誘起蛍光法）によりOH濃度分布を調べ、その結果を数値計算でのOH分布と比較した。その結果、壁面近くで火炎面が下流に凸であることは実験と計算で一致しているものの、OH分布全体の形状はかなり異なることが明らかになった。この差異の原因としてはまず、これまでも考えられたようにガラス壁面での温度条件の与え方（ガラス管外側が断熱）が実験に対応していない可能性が考えられる。そこで同軸のガラスカバーを付けてガラス管外側の自然対流を低減させた状態で火炎形状を調べたが、ガラスカバーなしの場合との消炎限界の差は多少見られたもの、火炎形状についてはほとんど差が見られなかった。ガラスカバーだけでは火炎形状を変化させるほどには自然対流が低減できていないか、或いは全く別の原因が存在する可能性がある。
一方、前年度に作成した液体燃料のための予熱旋回バーナを用い、正ヘプタンを燃料とした実験も行った。火炎は一応形成されたが、変動が非常に大きいとともに軸対称性が悪いので、このままでは数値計算との定量的な比較は困難である。燃料の気化装置に問題があると考え、内部に入れているグラスウールの量を変化させる、気化のための加熱窒素の流量を変化させるなどの試行錯誤を現在行なっている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
プロパン火炎と正ブタン火炎について、燃焼容器のガラス管に同軸のガラスカバーを設置することで、流量が比較的小さい場合に火炎のゆっくりとした移動を抑制することに成功した。そして、それによって消炎限界がかなり希薄側に広がることが明らかになった。しかしその一方で、火炎形状が数値計算と実験で大きく異なるという問題が明らかになり、まだ解決できていない。超希薄燃焼自体は実現できているが、そのメカニズムの解明には数値計算が不可欠であり、その信頼性を確保するためには実験とのある程度の定量的一致が不可欠である。一方、液体燃料である正ヘプタンの火炎の形成には成功したが、プロパンや正ブタンのようなほぼ軸対称で定常な火炎は形成できていない。その解決は重要な課題である。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験と数値計算の火炎形状の不一致については、実験での自然対流熱伝達のこれ以上の低減は困難であるため、計算における境界条件を修正することで解決を目指す。計算ではガラス管内の熱伝導を考慮し、ガラス管の外側で断熱条件を与えてきたが、それを変更し、熱伝達率一定の抜熱条件を与えることを試みる。またガラス管の上流端や下流端の境界条件を様々に与えることを試みる。そして実験と数値計算の間に十分な一致が見られたら、計算結果に基づいて超希薄燃焼メカニズムを調べる。一方、正ヘプタンの実験については、気化器の小型化を試みる。これまで用いてきた気化器は本実験の10倍近い流量のバーナ用のものを転用したため、本実験では適用範囲を外れている可能性がある。
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