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2014 年度 実績報告書

半導体レーザ吸収分光センサーを用いた振動燃焼の予測と乱流燃焼制御

研究課題

研究課題/領域番号 24760160
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, 理工学研究科, 准教授 (30581673)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード乱流燃焼 / 予混合火炎 / 振動燃焼 / 能動制御 / レーザ計測
研究実績の概要

本研究では振動燃焼を抑制するために,振動燃焼の起源である熱発生率の変動,すなわち火炎構造の時間的・空間的変動と燃焼器内の圧力変動の非線形な関係に着目して,乱流燃焼の能動制御に必要不可欠な制御用センサー,制御デバイス及び制御アルゴリズムを総合的に開発し,ガスタービンモデル旋回型乱流燃焼器において能動制御実験を行い,振動燃焼の予測法と乱流燃焼の能動制御法を確立することを目的としている.
平成26年度は,大気圧条件下の旋回乱流予混合火炎の直接数値計算(DNS)結果にDMD (Dynamic Mode Decomposition)を施し,熱音響不安定性のレイリー判定において重要となる音響エネルギー供給と渦運動との関係を明らかにした.さらに,燃焼制御の適用範囲を高圧乱流燃焼へと拡張するために,前年度から実行している高圧力条件下における乱流予混合火炎のDNS結果に対して半導体レーザ吸収分光センサー適用シミュレーションを行った.全計算領域に対して,各化学種濃度,圧力及び温度の空間分布から,半導体レーザ吸収分光センサーを適用した場合の2f信号をHITRANデータベースに基づいて算出した.センサー信号,圧力変動及び火炎構造の時系列データにスペクトル解析,DMD解析等を適用することで,高圧力条件下の局所的な乱流火炎構造及びその動的特性と,半導体レーザ吸収分光センサーの信号特性及び燃焼器内圧力変動の関係を検討した.これまでの研究結果から,ガスタービンモデル燃焼器の旋回型乱流燃焼器において乱流燃焼の能動制御実験を行うために,半導体レーザ吸収分光信号による能動制御アルゴリズムに基づくDSP(digital signal processor)を用いた燃焼制御システムの構築を進めた.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Short- and Long-term Dynamic Modes of Turbulent Swirling Premixed Flame in a Cuboid Combustor2015

    • 著者名/発表者名
      Kozo Aoki, Masayasu Shimura, Shinichi Ogawa, Naoya Fukushima, Yoshitsugu Naka, Yuzuru Nada, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 35 ページ: 3209-3217

    • DOI

      doi:10.1016/j.proci.2014.10.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation on Rapid Consumption of Fine Scale Unburned Mixture Islands in Turbulent Flame via 10 kHz Simultaneous CH-OH PLIF and SPIV2015

    • 著者名/発表者名
      Ayane Johchi, Yoshitsugu Naka, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of the Combustion Institute

      巻: 35 ページ: 3663-3671

    • DOI

      doi:10.1016/j.proci.2014.09.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scientific Visualization of Turbulent Combustion Field by Advanced Laser Diagnostics2014

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

      Proceedings of the 16th International Symposium on Flow Visualization

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] Three-Dimensional Dynamic Coherent Structures of Turbulent Swirling Premixed flame2014

    • 著者名/発表者名
      Kozo Aoki, Masayasu Shimura, Naoya Fukushima, Yoshitsugu Naka, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 16th International Symposium on Flow Visualization

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DNS and Advanced Laser Diagnostics of Turbulent Combustion2014

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

      Proceedings of the15th International Heat Transfer Conference

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] Effects of Strain Rate on Heat Release Rate of Hydrogen-Air Premixed Turbulent Swirling Flame2014

    • 著者名/発表者名
      Masayasu Shimura, Shinichi Ogawa, Kozo Aoki, Naoya Fukushima, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 雑誌名

      Proceedings of 10th International ERACOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 矩形燃焼器における圧力及び熱発生率の振動特性2014

    • 著者名/発表者名
      青木虹造, 志村祐康, 福島直哉, 中吉嗣, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      第51回伝熱シンポジウム講演論文集

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] 矩形燃焼器内水素・空気旋回乱流予混合火炎の局所火炎構造に対するスワール数の影響2014

    • 著者名/発表者名
      志村祐康, 小川真一, 青木虹造, 中吉嗣, 福島直哉, 店橋護, 宮内敏雄
    • 雑誌名

      日本機械学会2014年度年次大会講演論文集

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] 矩形燃焼器内の旋回乱流予混合火炎における渦生成と熱音響振動特性2014

    • 著者名/発表者名
      青木虹造, 志村祐康, 中吉嗣, 店橋護
    • 雑誌名

      第52回燃焼シンポジウム講演論文集

      巻: - ページ: 426-427

  • [学会発表] Vortical Motions and Thermoacoustic Oscillation Characteristics of Turbulent Swirling Premixed Flame in a Cuboid Combustor2014

    • 著者名/発表者名
      ⑲Kozo Aoki, Masayasu Shimura, Yoshitsugu Naka, Mamoru Tanahashi
    • 学会等名
      3rd International Education Forum on Environment and Energy Science
    • 発表場所
      Perth, Australia
    • 年月日
      2014-12-12 – 2014-12-16
  • [学会発表] 矩形燃焼器内の旋回乱流予混合火炎における渦生成と熱音響振動特性2014

    • 著者名/発表者名
      青木虹造, 志村祐康, 中吉嗣, 店橋護
    • 学会等名
      第52回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      岡山県岡山市
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] 矩形燃焼器内水素・空気旋回乱流予混合火炎の局所火炎構造に対するスワール数の影響2014

    • 著者名/発表者名
      志村祐康, 小川真一, 青木虹造, 中吉嗣, 福島直哉, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      日本機械学会2014年度年次大会
    • 発表場所
      東京都足立区
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-10
  • [学会発表] DNS and Advanced Laser Diagnostics of Turbulent Combustion2014

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Tanahashi, Masayasu Shimura
    • 学会等名
      The 15th International Heat Transfer Conference
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation on Rapid Consumption of Fine Scale Unburned Mixture Islands in Turbulent Flame via 10 kHz Simultaneous CH-OH PLIF and SPIV2014

    • 著者名/発表者名
      Ayane Johchi, Yoshitsugu Naka, Masayasu Shimura, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 学会等名
      The 35th International Symposium on Combustion
    • 発表場所
      San Francisco, CA, USA
    • 年月日
      2014-08-03 – 2014-08-08
  • [学会発表] Short- and Long-term Dynamic Modes of Turbulent Swirling Premixed Flame in a Cuboid Combustor2014

    • 著者名/発表者名
      Kozo Aoki, Masayasu Shimura, Shinichi Ogawa, Naoya Fukushima, Yoshitsugu Naka, Yuzuru Nada, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 学会等名
      The 35th International Symposium on Combustion
    • 発表場所
      San Francisco, CA, USA
    • 年月日
      2014-08-03 – 2014-08-08
  • [学会発表] Scientific Visualization of Turbulent Combustion Field by Advanced Laser Diagnostics2014

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Tanahashi, Masayasu Shimura
    • 学会等名
      The 16th International Symposium on Flow Visualization
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-06-24 – 2014-06-27
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-Dimensional Dynamic Coherent Structures of Turbulent Swirling Premixed flame2014

    • 著者名/発表者名
      Kozo Aoki, Masayasu Shimura, Naoya Fukushima, Yoshitsugu Naka, Mamoru Tanahashi, Toshio Miyauchi
    • 学会等名
      The 16th International Symposium on Flow Visualization
    • 発表場所
      Okinawa, Japan
    • 年月日
      2014-06-24 – 2014-06-27
  • [学会発表] 矩形燃焼器における圧力及び熱発生率の振動特性2014

    • 著者名/発表者名
      青木虹造, 志村祐康, 福島直哉, 中吉嗣, 店橋護, 宮内敏雄
    • 学会等名
      第51回伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      静岡県浜松市
    • 年月日
      2014-05-21 – 2014-05-23

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公開日: 2016-06-01  

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