2015 Fiscal Year Research-status Report
非予混合火炎の着火遅れに対する希釈進行効果の解明とモデル化に関する研究
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26420146
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
名田 譲 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (50383485)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非予混合浮き上がり火炎 / 浮き上がり高さ / 既燃ガス希釈 / 着火遅れ時間 / フレームレット着火モデル / 予混合モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，既燃ガス希釈の影響を考慮できる非定常修正フレームレット着火モデルの構築のために，既燃ガスにより希釈された酸化剤と燃料を用いた対向流の着火計算と，高温低酸素ガスに噴射される噴流浮き上がり火炎の実験を行う．
１．数値的研究：本年度では，メタンを燃料とした対向流の着火計算を行った．着火計算には汎用ソフトウェアであるAnsys Fluentを用いた．反応機構としては，現在最もよく用いられているGRI3.0を用いた．Fluentを用いた着火計算には成功したが計算時間が極めて長い．そこで計算時間の短縮のために，素反応数の少ないskeletal反応機構を用いた着火計算を実施し，精度を確認中である．
２．実験的研究：昨年度作成した高温低酸素空気中の噴流浮き上がり火炎の実験装置（実験計画書図5参照）を用いて，浮き上がり高さに対する周囲の模擬既燃ガス温度の影響を調査した．この結果，模擬既燃ガス温度の上昇により浮き上がり高さは低くなること，模擬既燃ガス温度が異なる場合でも，浮き上がり高さを修正予混合モデルにより整理できることを示した．一方，模擬既燃ガスの温度を500℃以上に上げることができなかったため，これに代わる実験装置として，高温既燃ガスが炉内で循環する小型燃焼炉を作成した．燃料はプロパンとした．本年度では，作成した燃焼炉を用いて予備実験を行った．この結果，炉内に充満する既燃ガスの酸素濃度は3%から6%であること，その温度は1000℃から1100℃となること，炉内の温度分布，目視による観察，および窒素酸化物の排出特性から，炉内には浮き上がり火炎が形成されている可能性が極めて高いことが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．数値的研究：昨年度の検討から着火計算を汎用のソフトウェアを用いた二次元計算に切り替えた．当初の予定ではフリーウェアであるOpenFOAMを用いる予定であったが，収束性が極めて悪かったため，市販のソフトウェアであるAnsys Fluentを用いることとした．市販のソフトウェアによる計算に切り替えることで対向流の着火計算を行うことができた．
２．実験的研究：実験装置を新たに作成することで，さらに温度の高い既燃ガス中における浮き上がり火炎を形成することができた．
数値的研究で遅れが生じているものの，計算自体には成功していることから，この影響は小さく平成28年度に当初の予定通りの計算を終了できると考えられる．よって，現在までの達成度として，おおむね順調に進展していると評価している．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．数値的研究：現在の対向流の着火計算を継続する．この際，計算時間の短縮のため，用いる反応機構をGRI3.0からskeletal反応機構に切り替える．これにより扱う素反応の数は300から30程度となり，大幅な計算時間の短縮が期待できる．反応機構の切り替えののち，本研究の目的である希釈進行効果の影響を明らかにする．ノズルから噴射される燃料濃度と酸素濃度を時間変化させ，着火させる．これらの計算から得られた着火遅れ時間と濃度の関係から着火遅れ時間に対する希釈率変動の影響を明らかにする．
２．実験的研究：高温既燃ガス中における着火現象を再現するための燃焼炉を本年度にて作成した．これを用いて炉内火炎の浮き上がり高さを測定する．当初予定していた実験装置と比べて実験条件の設定の自由度は低くなる．すなわち，既燃ガスの残存酸素濃度と温度の間には相関が有り，残存酸素濃度の低下に伴い，温度は高くなる．一方で，着火に十分な温度（1000℃以上）の既燃ガスを得ることができる．この燃焼炉の側面に観察窓を設置し，そこから火炎を直接撮影する．この撮影結果から，火炎の浮き上がり高さを算出する．浮き上がり高さを算出した後は，計画通りに化学反応の特性時間を算出し，着火モデルとの比較を行う．
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| Causes of Carryover |
購入物品の納品が３月に行われたため，支払が４月となった．このため，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
購入物品は３月に納品済みであり，次年度使用額は４月支払で執行完了となる．
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Research Products
(1 results)
