層流・乱流噴霧火炎のマークシュタイン長さに関する数値解析的研究

层流和湍流喷射火焰Markstein长度的数值研究

• 批准号: 21J15810
• 负责人: KIM Ki Beom
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15810/
• 关键词: Numerical simulation; Spray flame; Laminar flame speed; Markstein length

●採用終了までの研究実施状況昨年度の研究の継続として、アセトンの状態（完全に気化したアセトン/アセトン液滴）が火炎に及ぼす影響について2次元直接数値シミュレーションを行い、考察した。これまでのコードは流入する燃料液滴量に問題があったが、これを修正することで理論値と整合する当量比を実現した。こうして得られた計算結果における火炎の燃焼速度と火炎伸長率の関係から、アセトン液滴の蒸発による局所的、経時的な燃料混合気の組成の変化および局所当量比と蒸発率が、火炎の特性に影響を及ぼす大きな要素であることを明らかにした。また、Markstein 長さの数値計算結果から各条件（異なる当量比と液滴直径）で質量拡散と熱拡散のいずれが優位であるかを明らかにした。さらに、壁面条件（等温壁/断熱壁）による壁面からの熱損失が火炎に及ぼす影響を、燃焼速度と火炎伸長率の関係、火炎（最高）温度および液滴の蒸発率に着目して議論した。しかしながら、火炎が定常状態に達した後も液滴の蒸発によって混合気の局所組成や蒸発率に激しい変動が続き、詳細な議論には至っていない。また、高温・高圧条件下でのアンモニア-水素混焼に関する数値計算を行った。しかし、この高温・高圧条件での計算は、予想以上の計算負荷に計画が遅延し、十分なデータを得ることができなかった。●研究意義液滴径分布の現実的な液滴噴射を再現した。燃料液滴の蒸発が火炎に及ぼす影響を様々な観点から定量的に比較、解析することが可能となり、液滴が火炎に及ぼす影響を明らかにした。また、この解析方法および計算モデルを様々な燃焼条件での噴霧燃焼シミュレーションに応用することができた。●研究の重要性本研究で構築した燃焼モデルは、燃焼反応に関わる各パラメータ(燃料、圧力、温度、噴霧速度等)についての応用研究に適用可能であり、燃焼器のさらなる高効率化及び有害物質の低減に寄与するものである。

●研究实施状态直到采用到去年的研究延续为止，我们进行了直接的二维数值模拟，以检查丙酮状态（完全蒸发的丙酮/丙酮液滴）对火焰的影响。以前的代码在流入的燃油液滴量时存在问题，但是通过纠正该燃料液滴，达到了与理论值相匹配的等效比率。因此获得的计算结果中火焰燃烧速率与火焰伸长率之间的关系表明，由于丙酮液滴的蒸发引起的局部和时间依赖性燃料混合物组成的变化以及局部等效比率和蒸发率是影响火焰特征的主要因素。此外，马克斯坦长度的数值计算结果揭示了在每种条件下（不同的等效比率和液滴直径）在每个条件下质量扩散或热扩散的结果。此外，讨论了由于壁条件（等温壁/绝缘壁）在火焰中引起的热量损失的影响，重点是燃烧速度和火焰延伸速率，火焰（最大）温度以及液滴的蒸发率之间的关系。然而，即使火焰达到稳态，液滴的蒸发仍会在空气燃料混合物的局部组成和蒸发速率中继续发生严重的波动，并且没有进行详细的讨论。另外，在高温和高压条件下，对氨水混合钙化进行了数值计算。但是，在这些高温和高压条件下的计算延迟了由于比预期更大的计算负载而导致的计划，并且无法获得足够的数据。 ●研究意义：已经重现了带有液滴尺寸分布的逼真的液滴弹出。燃料液滴对火焰的蒸发作用可以定量比较并从各个角度进行分析，并且已经阐明了液滴对火焰的影响。此外，该分析方法和计算模型可以应用于在各种燃烧条件下喷洒燃烧模拟。 ●研究的重要性本研究中构建的燃烧模型可以应用于与燃烧反应有关的每个参数（燃料，压力，温度，喷雾速度等）的应用研究，并有助于进一步提高燃烧器的效率并降低有害物质。

项目成果

メタン/空気/アセトン層流予混合火炎の燃焼特性に及ぼす壁面熱損失の影響

壁面热损失对甲烷/空气/丙酮层流预混火焰燃烧特性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: KIM KIBEOM

NUMERICAL SIMULATION OF ACETONE DROPLETS INJECTION ON METHANE/AIR LAMINAR PREMIXED FLAME BEHAVIOR

丙酮液滴注入对甲烷/空气层流预混合火焰行为的数值模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: Paul-Adrian Bulzu;Vinicius Silva Kavagutti;Maria-Cecilia Chiriac;Charlotte D. Vavourakis;Keiichi Inoue;Hideki Kandori;Adrian-Stefan Andrei;Rohit Ghai;若宮 淳志;吉見昭秀;Kanda Ryo;Kibeom Kim
• 通讯作者: Kibeom Kim

Numerical evaluation of the effect of swirl configuration and fuel-rich environment on combustion and emission characteristics in a coal-fired boiler

• DOI: 10.1016/j.energy.2022.126591
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: Energy
• 影响因子: 9
• 作者: Minsung Choi;Tae-Gu Hwang;Yeseul Park;Xinzhuo Li;Junsung Kim;Kibeom Kim;Yonmo Sung;G. Choi

Effect of Heat Loss to Wall on the Behavior of Methane/Acetone/Air Laminar Flames

壁热损失对甲烷/丙酮/空气层流火焰行为的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Katayama Kota;Suzuki Kohei;Suno Ryoji;Kise Ryoji;Tsujimoto Hirokazu;Iwata So;Inoue Asuka;Kobayashi Takuya;Kandori Hideki;若宮 淳志;Kanda Ryo;KIM KIBEOM
• 通讯作者: KIM KIBEOM

アセトン液滴注入がメタン/空気層流予混合火炎挙動に及ぼす影響に関する数値シミュレーション

丙酮液滴喷射对甲烷/空气层流预混火焰行为影响的数值模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: Shunya Seiya;Alexander Carballo;Eijiro Takeuchi;Kazuya Takeda;吉見昭秀;Atsushi Wakamiya;金 基汎
• 通讯作者: 金 基汎