2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation and modeling of progressive dilution effect on ignition delay of non-premixed flame
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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, 大学院理工学研究部, 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 / 既燃ガス希釈 / 着火遅れ時間 / 浮き上がり高さ / 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 |
本研究では非予混合火炎の着火遅れに対する希釈進行効果を明らかにし，その効果の予測モデルを構築するために，対向流層流拡散火炎の数値計算と，高温希釈ガスを巻き込む乱流浮き上がり非予混合火炎の実験を行った．
着火計算は対向流バーナーを模擬した軸対象二次元平面において行われた．計算には，汎用流体解析ソフトFluentを用いた．燃料は温度300 Kのメタンとした．計算負荷低減のために，使用する反応機構としてskeletal反応機構を検討したが，予測精度の点からGRI3.0を用いた．計算結果から，既燃ガスの希釈により着火遅れは短くなるが，過度の希釈は着火を遅らせることがわかった．また，噴流火炎における既燃ガス希釈を模擬して，酸化剤の希釈率を時間経過に従い低下させた．この結果，濃度の低下が速くなるほど着火遅れは長くなり，希釈率の時間変化が着火遅れに強い影響を及ぼすことがわかった．
実験には，燃料，酸化剤，および周囲ガスからなる同軸三重管ノズルを用いた．燃料には窒素により希釈されたプロパンを用い，酸化剤は常温の空気とした．また，周囲ガスは高温既燃ガスを模擬しており，窒素または二酸化炭素により希釈された高温低酸素ガスである．ただし，周囲ガス流速の均一性を保つために，周囲ガスの温度を560 Kに制限した．1000 K程度の高温既燃ガスの内部循環が発生する小型燃焼炉を検討したが，浮き上がり高さの測定精度が低いため，使用を断念した．現在周囲ガスの予熱には電気ヒーターを用いているが，予備バーナーによる高温既燃ガスの生成装置が必要と考えられる．実験の結果，低酸素濃度の周囲ガスの巻き込みによる希釈効果により浮き上がり高さは高くなること，周囲ガスの温度の上昇により浮き上がり高さは低くなることを明らかにした．これらの希釈効果に基づく現象を再現するためのモデルを構築した．この結果，良好な予測精度が得られた．
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