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2023 年度 実績報告書

冷炎の着火・消炎過程における壁面の化学的効果の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K14088
研究機関東京大学

研究代表者

李 敏赫  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (80828426)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード冷炎 / 低温酸化反応 / 壁面の化学的効果 / DME / HCHO / PLIF / TDLAS / TOF-MS
研究実績の概要

本研究では,壁面近傍における冷炎の燃焼特性に対する,燃料,壁面の化学的効果,圧力などの影響を系統的に調べた.壁表面にMEMS技術により調査対象の材料を成膜することで壁面の化学的活性を制御し,一定の温度もしくは割合で加熱される壁面に燃料と酸化剤の混合気を衝突させることで,壁面安定化冷炎を形成した.冷炎中のHCHO分子の濃度変化を平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)および半導体レーザ吸収分光法(TDLAS)により計測することで冷炎の挙動を同定するとともに,飛行時間型質量分析計(TOF-MS)を用いた多種化学種の同時分析を行い,以下の結果・知見を得た.
1. 炭素数7~10の直鎖アルカン冷炎の場合,SiO2表面に比べてFeやRu表面では着火・消炎温度が最大100 K高くなることから,金属の表面反応が低温酸化反応を抑制することを明らかにした.Ru表面では,炭素数9以下の燃料では消炎・着火過程にヒステリシスが現れるが,デカンではヒステリシスが失われ,炭素鎖長の増加に伴い壁面の化学的効果が弱まることを示した.
2. DME冷炎の場合,圧力の上昇に伴い同一壁温におけるHCHO濃度が低下し,着火温度が増加するが,直鎖アルカン冷炎の場合は,圧力の上昇につれ同一壁温におけるHCHO濃度が増加し,着火温度が減少する.したがって,燃料の種類によって低温酸化反応に対する圧力の効果が異なることを明らかにした.
3. DME冷炎中のHCHO,CO,CO2の濃度分布は,低温反応性を抑えた既存の詳細酸化反応モデルによる数値解析結果と定量的に一致するが,CH3OCHOの分布は現存するモデルで適切に予測することができず,更なる反応モデルの精緻化の必要性が示唆された.一方,冷炎の着火過程においてCH3OCHOの濃度が他の化学種より低温領域で減少し始めることから,化学種によって異なる温度領域でNTC効果が現れることが判った.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] プリンストン大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      プリンストン大学
  • [雑誌論文] Investigation of Premixed Cool Flame Ignition Characteristics under Mildly-Elevated Pressures by Using TDLAS2023

    • 著者名/発表者名
      LI Gengyu、SUZUKI Yuji、LEE Minhyeok
    • 雑誌名

      日本燃焼学会誌

      巻: 65 ページ: 178~184

    • DOI

      10.20619/jcombsj.2301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ignition and extinction characteristics of n-alkane cool flames on a heated wall with different surface reactivity2023

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Tomotaka、Suzuki Yuji、Lee Minhyeok
    • 雑誌名

      Fuel

      巻: 348 ページ: 128587~128587

    • DOI

      10.1016/j.fuel.2023.128587

    • 査読あり
  • [学会発表] 予混合DME冷炎の中間生成物の時間分解計測2024

    • 著者名/発表者名
      周 萌, 鈴木 雄二, 李 敏赫
    • 学会等名
      第61回日本伝熱シンポジウム
  • [学会発表] 壁面安定化冷炎におけるDME低温酸化反応中間生成物の計測2023

    • 著者名/発表者名
      周 萌, 鈴木 雄二, 李 敏赫
    • 学会等名
      第61回燃焼シンポジウム
  • [学会発表] Investigation of Pressure Effects on Cool Flame Ignition Temperature through the Gas Temperature-compensated HCHO-TDLAS Measurement2023

    • 著者名/発表者名
      M. Lee, G. Li, and Y. Suzuki
    • 学会等名
      14th Asia-Pacific Conference on Combustion (ASPACC 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Surface Reactivity and Pressure on Cool Flame Ignition Characteristics2023

    • 著者名/発表者名
      M. Lee, G. Li, T. Mizuno, and Y. Suzuki
    • 学会等名
      17th International Heat Transfer Conference (IHTC-17)
    • 国際学会
  • [学会発表] TOF-MS Measurement of Intermediate Species in Wall-stabilized Premixed Cool Flames2023

    • 著者名/発表者名
      M. Zhou, Y. Suzuki, and M. Lee
    • 学会等名
      20th International Conference on Flow Dynamics (ICFD 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of Ignition Characteristics of Premixed DME Cool Flames through Time-Resolved Species Measurement2023

    • 著者名/発表者名
      M. Lee, M. Zhou, and Y. Suzuki
    • 学会等名
      4th International Discussion Meeting on Chemistry and Technology of Combustion Application
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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