旋回流バーナを用いた種々の炭化水素燃料の超希薄燃焼メカニズムの研究

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03967
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19020:熱工学関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 西岡 牧人 筑波大学, システム情報系, 教授 (70208148)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超希薄燃焼 / 予混合燃焼 / 旋回火炎 / 再循環領域 / 炭化水素燃料 / 拡散熱的不均衡 / アサガオ状火炎

研究成果の概要

これまでの研究で，旋回流バーナを用いて既燃ガスの再循環領域を伴う火炎を形成することで，メタン空気および水素空気の超希薄予混合燃焼が実現することが分かっている．本研究ではプロパン，正ブタン，正ヘプタンを対象として，分子量が比較的大きい燃料でも同じバーナで超希薄燃焼が可能かどうか確かめた．その結果，これらの燃料でも可能であること，またメタンや水素と火炎形状が大きく異なり扁平なアサガオ状であり，外周近くで燃焼反応が強いことが明らかになった．そして，その領域で火炎面が下流に向かって凸であり，負の火炎伸長を受けていることから，拡散熱的不均衡が生じて火炎が強化されている可能性が高いことが明らかになった．

自由記述の分野

Combustion

研究成果の学術的意義や社会的意義

希薄予混合燃焼は内燃機関の熱効率の向上および窒素酸化物の低減に有効である．しかし予混合火炎には希薄可燃限界が厳然と存在し，それ以下の当量比では通常の方法では全く燃焼せず，また可燃範囲内であってもこの限界に近い条件では消炎が頻発して実機の作動に適さない．本研究の方法で安定な超希薄燃焼が可能になれば，超希薄でなくとも，少なくとも可燃限界に近い希薄条件での作動が現実的になる．本研究の旋回流バーナがそのまま実機に利用できるか否かは明確でないが，分子量が比較的大きな燃料においては火炎の外周部で拡散熱的不均衡により火炎が強化されるという知見は, 実機の開発に重要なヒントを与えると考えられる．