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2020 年度 実績報告書

固体粒子の燃焼完結に不可欠な粒子活性化を誘引する限界粒子径の明確化に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K03993
研究機関愛知工業大学

研究代表者

牧野 敦  愛知工業大学, 工学部, 教授 (60165678)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード固体粒子の燃焼 / 限界粒径 / 着火条件 / 燃焼活性化条件 / 消炎条件
研究実績の概要

固体粒子の燃焼促進には粒子径の微細化が推奨されているが,伝熱工学的には伝熱表面積の増大,ひいては熱損失の増大を意味しており,着火や燃焼維持の妨げになりうる.しかも,初年度に実施した最新の研究動向調査において,この種の研究が未着手であることが確認されている.
燃焼状態への移行条件については,研究開始以前に,粒径や燃焼率の限界値が公表されていたが,燃焼速度定数についても限界値が存在することを学術誌J. Energyにて発表を行った.また,二年目の成果として,燃焼活性化条件を満足していても燃焼の進行にともなう粒径の減少で消炎条件に到達すること,しかも漸近解析法にて活性化・消炎の限界曲線が導出できることが見出されていたので,これらをまとめて国際学会(2021年1/25~29;リモート)で論文発表を行った.さらには,酸化剤中に酸素と二酸化炭素と水蒸気が共存する場合についても限界曲線が解析的に見出されたので,第58回燃焼シンポジウム(2020年12/2~4;リモート)にて発表を行った.
実験においては,平面状火炎にて高温酸化雰囲気を作り出す方式を採用しているが,平面状火炎の形成には多孔質材料の選定が,雰囲気流には準一次元的気流が不可欠なことが初年度で明確となったため,これらの改良を次の年度において実施し,状況がかなり改善された.そして,二年目以降は,雰囲気温度や酸素濃度(質量分率)を広範囲に変えつつ,ふるい分けされた粒子(10~300μmの10種類)を投入し,粒子の色温度を観察しつつ燃焼状況の確認を行った.その結果,解析が提示する整理方法を用いれば,粒径や酸素質量分率がそれぞれの限界値以上の場合にのみ粒子燃焼が観察されることを確認した.また,酸素と二酸化炭素が共存する場合についても実験を実施しており,同様に,粒径が限界値以上の場合にのみ燃焼が観察されることを確認してきた.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Critical condition relevant to the extinction of a carbon particle in the course of combustion.2020

    • 著者名/発表者名
      Makino, A. and Sano, H.
    • 雑誌名

      Proc. Combust. Inst.

      巻: 38 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.proci.2020.06.339

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical Condition for the Mass Burning Rate Constant of a Carbon Particle Activated; Comparisons with Experimental Results2020

    • 著者名/発表者名
      Makino, A.
    • 雑誌名

      SCIREA J. Energy

      巻: 5 ページ: 32-59

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Critical condition relevant to the extinction of a carbon particle in the course of combustion2021

    • 著者名/発表者名
      Makino, A. and Sano, H.
    • 学会等名
      The 38th International Symposium on Combustion
    • 国際学会
  • [学会発表] 固体燃料の燃焼に及ぼす粒径の影響ーOxy-fuel燃焼における限界粒径ー2020

    • 著者名/発表者名
      牧野 敦
    • 学会等名
      第58回燃焼シンポジウム

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公開日: 2021-12-27  

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