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2017 年度 実績報告書

レーザ加熱火炎面曲率制御法によるGT燃焼器の不安定振動燃焼トリガー機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 26289042
研究機関北海道大学

研究代表者

藤田 修  北海道大学, 工学研究院, 教授 (10183930)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2018-03-31
キーワード燃焼 / 予混合火炎 / 音響振動 / 不安定現象 / レーザ / 乱流火炎 / 火炎曲率 / ルイス数
研究実績の概要

管内伝播火炎の不安定振動現象のトリガーとなる機構の研究を行い以下のような成果を得た。
不安定ダイアグラムの安定限界条件におよぼす各実験変数(混合気組成・燃焼速度・伝播管アスペクト比等)の影響を検討した。前年度まで実施した実験に加え不足していた条件での実験を実施することで、伝播管のアスペクト比(管長/管直径)に対するPrimary InstabilityおよびSecondary Instabilityの発生条件マップ(不安定ダイアグラム)を取得した。この結果伝播火炎の不安定性は、アスペクト比が大きくなるほど増大することが示された。生じている現象を詳細に観察すると、火炎伝播の初期段階で管長に対応する固有の周波数を持つ圧力振動が生じ(Primary instability)、これが徐々に増幅されその圧力振幅が臨界値を超えると火炎面に規則的なセル構造が発生し、これがきっかけとなって極めて急激な圧力増幅(Secondary Instability)が生じることがわかった。
この現象を理解するため、2つの不安定機構(Pressure coupling, Velocity coupling)に基づく数理的な解析を行った結果、Secondary instabilityの発生限界に対しては後者のVelocity couplingの機構により整合性のある説明が可能であることを示した。すなわち、管長が長く固有の振動周波数が小さくなること、および管径が小さく火炎面に形成されるセル構造の寸法が小さくなることは、Velocity couplingの機構においては不安定性の増大につながることを示した。本年度は関連の成果を専門誌(Combustion and Flame)にて公表したほか、関連の成果が2018年8月に行われる国際燃焼学会のOral presentationに2件採択されている。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

29年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Clean Combustion Research Center, KAUST(サウジアラビア)

    • 国名
      サウジアラビア
    • 外国機関名
      Clean Combustion Research Center, KAUST
  • [国際共同研究] Univ. of Science and Technology of China(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Univ. of Science and Technology of China
  • [雑誌論文] Experimental Observation of Pulsating Instability under Acoustic Field in Downward-Propagating Flames at Large Lewis Number2018

    • 著者名/発表者名
      Sung Hwan Yoon, Longhua Hu, Osamu Fujita
    • 雑誌名

      Combustion and Flame

      巻: 188 ページ: 1-4

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.09.026

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Effect of geometrical parameters on thermo-acoustic instability of downward propagating flames in tubes2018

    • 著者名/発表者名
      Ajit Kumar Dubey, Yoichiro Koyama, Nozomu Hashimoto, Osamu Fujita
    • 学会等名
      The 37th International Symposium on Combustion
  • [学会発表] The curvature effect of downward propagating flame on the transition to secondary acoustic instability induced by external laser irradiation in a tube2018

    • 著者名/発表者名
      Chung Yongho, Osamu Fujita, Nozomu Hashimoto
    • 学会等名
      The 37th International Symposium on Combustion
  • [学会発表] Effect of geometrical parameters on thermo-acoustic stability of downward propagating flames in tubes2017

    • 著者名/発表者名
      DUBEY, Ajit Kumar, KOYAMA, Yoichiro, HASHIMOTO, Nozomu, FUJITA, Osamu
    • 学会等名
      第55回燃焼シンポジウム
  • [学会発表] Transition to Secondary Acoustic Instability induced by External Laser Irradiation in a Tube2017

    • 著者名/発表者名
      Chung Yongho, Nozomu Hashimoto, Osamu Fujita
    • 学会等名
      第55回燃焼シンポジウム
  • [備考] Acoustic Instability

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/lsu/project/acoustic-instability/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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