Elucidation of Near-wall Combustion Mechanism for New Flame-based Surface Functionalized Process

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2022年度は主として下記の取り組みを行った．1）熱炎における壁面近傍の化学種の精密計測：アンモニア火炎を加熱壁に衝突させた系において，アンモニア火炎のNH3-TALIF，NH2自発光計測，NH-LIFを行い，壁面近傍の化学種分布を調べた．また，燃焼場でほとんど計測例のないN原子について，新たに3吸収レーザー誘起蛍光法を構築し，初期的な検討を行った．さらに，比較対象として，アンモニアの対向流バーナーを新たに構築した．2）定量計測に基づく表面反応のモデル化：加熱壁面に燃料と酸素富化させた空気の混合気を衝突させることにより形成する独自の壁面安定化冷炎を対象とし，直鎖アルカンの炭素数，および表面材質が着火，消炎温度に与える影響について系統的に調べ，炭素数の増大に伴って着火，消炎温度が低下すること，一方SiO2壁面に対してFeなどの金属面では顕著に着火，消炎温度が上昇することを明らかにした．さらに，温度とHCHOを同時計測可能な可変半導体レーザー吸収分光法（TDLAS）による計測システムを新たに構築し，圧力，当量比が着火温度に与える影響を調べた．また，アンモニアの熱分解について，フローリアクタでの系統的な計測から石英壁面，ステンレス壁面上での一段階反応モデルを構築し，気相での熱分解反応よりも顕著に低い温度から反応が始まることを明らかにした．そして，気相中の詳細反応，壁面での一段階反応を組み込んだ２次元計算を行って，ラジカル分布が計測データとよく一致することを示し，表面反応モデルの妥当性を示した．3）アンモニア火炎における窒化プロセスの検討：アンモニア火炎を加熱壁に衝突させ，表面硬さおよび壁面材料中の窒素原子濃度をそれぞれナノインデンター，波長分散型X線分光法（WDS）により計測し，窒化に対する壁温の影響，窒化に対する支配的なパラメータを明らかにした．