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2013 年度 実績報告書

革新的火炎クロマトグラフィと微量化学種吸収分光による分子レベル燃焼反応制御

研究課題

研究課題/領域番号 23246035
研究機関東北大学

研究代表者

丸田 薫  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50260451)

研究分担者 中村 寿  東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40444020)
研究期間 (年度) 2011-05-31 – 2015-03-31
キーワード炭化水素燃料 / 着火 / 低温酸化反応
研究概要

各種液体燃料に適用可能な混合気生成装置を製作した.計量済み液体燃料を入れた圧力容器に分圧法で窒素等との混合気を作成する手法で,各部に独立した温度制御機構を備え,気化特性の異なる各種燃料に対応可能な構成とした.これにより,トルエンからイソオクタンに至る範囲の炭化水素燃料に対し,温度設定のみで対応でき,安定に実験を行うことが可能となった.なお簡便法であるシリンジによる燃料の直接供給も併用して実験を実施した.
製作した光学計測対応リアクタ装置を用いて,反応場における化学種の光学計測による検知を試みた.本研究により導入したレーザー誘起蛍光法によって,まずOHの可視化を行い,それに加えて,低温酸化反応を代表するホルムアルデヒド(CH2O)の検知にも成功した.当初は励起光の反射によるS/N比低下の問題に直面したが,光学系の工夫やフィルタ利用により,最終的には,微弱火炎に対しても十分な強度とS/N比を有するクリアな信号を得ることができた.CH2O の蛍光発生には励起レーザーの倍波光を用いた.
計算負荷の大きい,大規模な高級炭化水素を想定した素反応数値計算を正セタン,正デカン,正ヘプタン,イソセタンに対して実施した.高速および並列化した基礎ソルバを用いて計算を行い,東北大学流体研のスーパーコンピュータを用いることで比較的短時間に結果を得ることができた.実験と数値計算とを比較した結果,完全酸化に相当する正炎現象は比較的良く数値計算により再現できるものの,特に冷炎現象での不一致は大きく,衝撃波管等でデータ取得が困難な低温領域(600から900K程度)での詳細化学反応機構の検証に,本手法によって取得した実験データが非常に有効であることが示唆される.

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Study on combustion and ignition characteristics of natural gas components in a micro flow reactor with a controlled temperature profile2014

    • 著者名/発表者名
      Taiki Kamada, Hisashi Nakamura, Takuya Tezuka, Susumu Hasegawa, Kaoru Maruta
    • 雑誌名

      Combustion and Flame

      巻: 161 ページ: 37-48

    • DOI

      10.1016/j.combustflame.2013.08.013

    • 査読あり
  • [学会発表] Possibility of Kinetics Study in Tubes

    • 著者名/発表者名
      Hisahi Nakamura, Takuya Tezuka, Susumu Hasegawa, Kaoru Maruta
    • 学会等名
      14th International Conference on Numerical Combustion NC13
    • 発表場所
      San Antonio, Texas, USA
  • [学会発表] From microcombustion to micro flow reactor for chemical kinetics study

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Maruta
    • 学会等名
      Clean Combustion Research Center (CCRC) Workshop at King Abdullah University of Science and Technology
    • 発表場所
      KAUST, Thuwal, Saudi Arabia
    • 招待講演
  • [学会発表] Microcombustion for chemical kinetics study

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Maruta
    • 学会等名
      小形分散エネルギシステムに関する技術動向~ヨーロッパ拠点機関と東大機械との研究交流
    • 発表場所
      東京都文京区,東京大学
    • 招待講演
  • [学会発表] 温度分布制御型マイクロフローリアクタを用いたn-ブタンの高圧下における多段酸化反応

    • 著者名/発表者名
      菊井 渉悟・中村 寿・手塚 卓也・長谷川 進・丸田 薫
    • 学会等名
      第51回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      東京都大田区,産業プラザ
  • [学会発表] 温度分布制御型マイクロフローリアクタを用いた合成ガスのWeak flame特性に関する研究

    • 著者名/発表者名
      高橋裕基,手塚卓也,長谷川進,中村寿,丸田薫
    • 学会等名
      第50回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      仙台市

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公開日: 2015-05-28  

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