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2014 年度 実績報告書

旋回よどみ流バーナによる超希薄燃焼の研究

研究課題

研究課題/領域番号 24560220
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) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード超希薄燃焼 / 旋回流 / 再循環流 / メタン / 水素 / 希薄可燃限界 / 予混合火炎
研究実績の概要

26年度には、前年度までに得られた最希薄消炎限界より更に希薄な燃焼を目指し、「淀みホルダ付き円錐台型」のバーナ形状を「淀みホルダ付き急拡大型」に変更した。これはバーナのガラス管を円錐台型から24年度に用いた「ラッパ型」に近い形状に変更したものである。このバーナを用いて実験を行い、メタン空気火炎の場合0.467、水素空気火炎の場合0.080の最希薄当量比を得た。しかしこの値は前年度までの結果とほとんど違いがなく、結局急拡大型バーナは超希薄燃焼に特に有効ではないという結論に至った。続いてガラス管の後流の直線部の径を約1/2に小型化し、再循環領域を小さくして輻射損失の抑制を試みた。なお実験は淀みホルダを用いずに行った。実験の結果、淀みホルダが存在せず再循環領域に未燃ガスが混入して温度低下をもたらす可能性が高いにもかかわらず、メタン空気火炎の場合0.465、水素空気火炎の場合0.085の最希薄当量比を得た。特に水素火炎の場合、微小重力環境での希薄可燃限界付近で観察されるFlame ballと類似した火炎が旋回流中に安定に形成されることを確認した。同時に水素空気旋回火炎の詳細反応数値計算も行い、実験と同様な火炎が形成されることを確認した。そしてその火炎において、いわゆるルイス数効果の一つである拡散熱的不均衡が活発に生じていることを明らかにした。
3年間の研究期間で、「淀み板付きラッパ型」「淀みホルダ付き円錐台型」「淀みホルダ付き急拡大型」「淀みホルダ無し円錐台型」の4種類のバーナを用いてメタン空気と水素空気の超希薄燃焼を試み、いずれのバーナにおいても成功した。またラッパ型バーナの火炎の詳細反応数値計算においては、燃焼ガスの逆流と未燃ガスが対向する火炎先端において回転対向流双子火炎と同じ火炎構造が得られ、超希薄燃焼を可能ならしめているのは正味流束不均衡である可能性が示唆された。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015 2014

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] Ultralean Hydrogen-Air Premixed Flame in Swirl Flow2015

    • 著者名/発表者名
      A.Uemichi, K.Kouzaki, K.Warabi, K.Shimamura, M.Nishioka
    • 学会等名
      10th Asia-Pacific Conference on Combustion
    • 発表場所
      Tsinghua University, Beijing, China
    • 年月日
      2015-07-19 – 2015-07-22
  • [学会発表] 旋回流中に形成される超希薄水素火炎2015

    • 著者名/発表者名
      上道茜,香崎謙人,蕨一実,嶋村耕平,西岡牧人
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡)
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [学会発表] 急拡大型旋回流バーナによる超希薄燃焼の研究2014

    • 著者名/発表者名
      蕨一実,香崎謙人,橋本一輝,上道茜,嶋村耕平,西岡牧人
    • 学会等名
      第52回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      岡山コンベンションセンター(岡山)
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] 希薄可燃限界に近い予混合気旋回流中の火炎伝播に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      野尻一希,西岡牧人
    • 学会等名
      第52回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      岡山コンベンションセンター(岡山)
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] Extension of the Leanest Extinction Limit and Formation of Ultralean Flame of Methane and Hydrogen by Using Swirling Flow2014

    • 著者名/発表者名
      A.Uemichi, H.Aizawa, T.Hattori, M.Nishioka
    • 学会等名
      35th International Symposium on Combustion (Work-in-Progress Poster)
    • 発表場所
      Hyatt Regency Embarcadero, San Francisco, USA
    • 年月日
      2014-08-03 – 2014-08-08

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公開日: 2016-06-03  

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