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2022 年度 実績報告書

複合レーザ計測による高圧・希薄乱流予混合火炎の火炎構造の解明とプラズマ利用制御

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0400
研究機関東京工業大学

研究代表者

志村 祐康  東京工業大学, 工学院, 准教授 (30581673)

研究期間 (年度) 2019 – 2022
キーワード乱流燃焼 / 予混合火炎 / 部分予混合火炎 / レーザ計測 / 燃焼制御 / 機械学習 / 燃焼振動
研究実績の概要

2022年度は,旋回乱流燃焼において安定モードから燃焼振動へと遷移する際の燃焼特性の検討に加え,機械学習により火炎特徴構造の抽出及び燃焼振動遷移の予測法の構築を行った.さらにこれらの知見に基いて燃焼制御手法を構築し,誘電体バリア放電プラズマアクチュエータ(DBDPA)を用いて乱流火炎および燃焼器内の圧力変動の抑制効果を明らかにした.
燃焼振動に関わる擾乱エネルギー収支の検討のためコヒーレント反ストークス・ラマン散乱 (CARS)及び平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)に基づく化学種濃度及び温度の計測手法の構築を進めた.Purdue大学Lucht教授とともにBox dual pump CARSを構築し,複数化学種濃度と温度の高精度同時計測法をメタン・水素・空気火炎に適用することで,火炎構造への水素混合割合の影響の検討を進めた.今後もウェブ会議などを活用して連携を進める予定である.
本研究課題では,二つの海外研究機関と本国での研究活動を通じて, 3気圧程度までの希薄乱流予混合火炎において複合レーザ計測を実施し,特にせん断層の間欠的な渦放出と大域的な火炎構造との変動の位相遅れ特性や,乱流火炎変動特性と燃焼器形状に起因した流動変動特性との関係を機械学習の先端的解析手法を導入しながら明らかにした.さらにCARSによりカーボンニュートラル促進に向けた水素と炭化水素燃料の混焼における層流火炎構造特性を検討し,乱流火炎における乱流に対する火炎の応答特性を検討するデータ取得を進めた.これら火炎構造に関する研究を進めながら,燃焼制御法の構築を進め,海外研究機関訪問においてナノ秒放電プラズマによる燃焼反応促進を主体とした火炎安定化手法の検討を行うとともに所属大学においてDBDPAによる流動制御を主体とした火炎安定化手法の検討を行った.得られた火炎構造特性と制御特性から新たな制御手法の着想を得た.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 2019

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件)

  • [国際共同研究] パデュー大学(米国)2022

    • 年月日
      2022-10-18 – 2023-02-21
    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      パデュー大学
    • 主な海外共同研究者名
      Robert P. Lucht
    • 部局
      Mechanical Engineering
    • 職名
      Professor
  • [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)2019

    • 年月日
      2019-09-01 – 2019-11-16
    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      マサチューセッツ工科大学
    • 主な海外共同研究者名
      Ahmed Ghoniem
    • 部局
      Mechanical Engineering
    • 職名
      Professor
  • [雑誌論文] Temperature measurement in laminar flames by oh thermally assisted lif method based on a single broadband femtosecond laser2023

    • 著者名/発表者名
      Sibo Huang, Mamoru Tanahashi, Masayasu Shimura
    • 雑誌名

      Proceedings of 14th Asia-Pacific Conference on Combustion

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigations of vortex shedding and flame base fluctuations in a dual swirl burner using SPIV, OH PLIF and chemiluminescence2022

    • 著者名/発表者名
      Masayasu Shimura, Hiroki Hattori, Mamoru Tanahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of Twelfth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lean, high EGR rate TRF-air turbulent combustion with tumble flow in a constant volume vessel at elevated pressure2022

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Urasaki, Yuki Minamoto, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi
    • 雑誌名

      Proceedings of Twelfth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [学会発表] Temperature measurement in laminar flames by oh thermally assisted lif method based on a single broadband femtosecond laser2023

    • 著者名/発表者名
      Sibo Huang, Mamoru Tanahashi, Masayasu Shimura
    • 学会等名
      14th Asia-Pacific Conference on Combustion
  • [学会発表] デュアル・スワール部分予混合乱流火炎のスワール数と燃焼特性の関係2022

    • 著者名/発表者名
      齋田瑛希,服部広暉,谷本一騎,志村祐康,店橋護
    • 学会等名
      第60回 燃焼シンポジウム
  • [学会発表] 間欠駆動円形DBDPAによる燃焼振動抑制に対する駆動位相の影響2022

    • 著者名/発表者名
      夏目宗汰,志村祐康,店橋護
    • 学会等名
      日本機械学会 第100期 流体工学部門 講演会
  • [学会発表] 変分オートエンコーダによるスワール型燃焼器における燃焼振動の発生予測2022

    • 著者名/発表者名
      松島諒汰,志村祐康,店橋護
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2022
  • [学会発表] Investigations of vortex shedding and flame base fluctuations in a dual swirl burner using SPIV, OH PLIF and chemiluminescence2022

    • 著者名/発表者名
      Masayasu Shimura, Hiroki Hattori, Mamoru Tanahashi
    • 学会等名
      Twelfth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
  • [学会発表] Lean, high EGR rate TRF-air turbulent combustion with tumble flow in a constant volume vessel at elevated pressure2022

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Urasaki, Yuki Minamoto, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi
    • 学会等名
      Twelfth International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena

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公開日: 2023-12-25  

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