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

阐明新型火焰表面功能化工艺的近壁燃烧机制

• 批准号: 21H04539
• 负责人: 鈴木 雄二
• 金额: $ 28.04万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04539/
• 关键词: 燃焼; 固体壁面; 表面機能化; 壁面吸着種; レーザー計測; 壁面

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．

1) Precise measurement of chemical species near the wall surface of the heating system: NH3-TALIF, NH2 auto-luminescence measurement, NH-LIF measurement, adjustment of chemical species distribution near the wall surface. A new method for the measurement of combustion field is proposed. 2) Quantitative measurement of the surface reflection of the substrate: Heat the wall surface, fuel, acid-rich air, mixed gas, conflict, formation, independent wall surface stabilization, cooling, reaction, direct locking, carbon number, surface material, ignition, anti-inflammatory temperature, influence, system adjustment, carbon number increase, ignition, anti-inflammatory temperature decrease, SiO2 wall surface, metal surface, ignition Anti-inflammatory temperature rise In addition, temperature and HCHO can be measured simultaneously by absorption spectroscopy (TDLAS). The thermal decomposition of the system is measured on the quartz wall, and a step reaction is formed on the quartz wall. The thermal decomposition reaction of the gas phase is measured at a low temperature. The detailed reflection in the gas phase, the one-stage reflection on the wall, the two-dimensional calculation, the distribution of the phase, the consistency of the measurement data, the appropriateness of the surface reflection, and the analysis of the temperature and temperature of the gas phase: The temperature of the heated wall is measured by wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDS), and the influence of the wall temperature on the surface hardness and the atomic concentration of the element in the wall material is controlled.

项目成果

アンモニア火炎による金属壁面の窒化に関する研究

氨焰金属壁氮化研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 王 道遠;李 敏赫;鈴木 雄二
• 通讯作者: 鈴木 雄二

Investigation of pressure effect on cool flame ignition characteristics with simultaneous measurements of HCHO concentration and gas temperature

通过同时测量甲醛浓度和气体温度研究压力对冷焰点火特性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Gengyu Li;李 敏赫;鈴木 雄二
• 通讯作者: 鈴木 雄二

TDLASを用いた予混合冷炎の着火特性における圧力依存性の計測

使用 TDLAS 测量预混冷焰点火特性的压力依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: Gengyu Li;李 敏赫;鈴木 雄二
• 通讯作者: 鈴木 雄二

Ignition and extinction characteristics of n-alkane cool flames on a heated wall with different surface reactivity

正构烷烃冷焰在不同表面反应性受热壁上的着火和熄灭特性

• DOI: 10.1016/j.fuel.2023.128587
• 发表时间: 2023
• 期刊: Fuel
• 影响因子: 7.4
• 作者: Tomotaka Mizuno;Suzuki Yuji，Lee Minhyeok
• 通讯作者: Suzuki Yuji，Lee Minhyeok

Ignition Characteristics of Premixed Cool Flames on a Heated Wall

预混冷火焰在热壁上的点火特性

• 发表时间: 2021
• 期刊: Combust. Flame
• 作者: Lee;M.;Fan;Y.;Ju;Y.;and Suzuki;Y.
• 通讯作者: Y.