マイクロチャンネル内触媒燃焼による流体加速を利用した超小型圧縮法の原理確認

确认微通道内催化燃烧流体加速超紧凑压缩方法的原理

基本信息

批准号：
14655081
负责人：
吉田英生
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,指先大の寸法で出力100W程度と高い出力密度を目指す超小型ガスタービンへの応用を目的として,微小寸法におけるスケール則にも適合し,かつ可動部を必要としない革新的な流体圧縮法を提案し,その作動原理の確認を行ったものである.すなわち,断面が末広がりであるマイクロチャンネル内壁において触媒燃焼を行うことで流体を圧縮し得る方法を提案し,その実現可否について検討を行った.断面積一定で熱流入を伴うレイリー流れにおいては亜音速域で流れが加速されることが知られている。この加速流れが,運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換機能を持つディフユーザと呼ばれる末広チャンネル内においてうまく機能すれば,熱エネルギーから運動エネルギー,運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換が行われ,可動部無しで流体の昇圧を実現できる可能性がある.この際,作動ガスへの熱入力を行う方法としては,流路表面を活用できるマイクロチャンネル内壁での触媒燃焼がスケール則の観点から有望と判断される.そこで,第一段階として入口直径100mm,拡がり角3°のマイクロ円錐ディフューザを対象として,チャンネル壁面からの熱流入を考慮した準1次元定常圧縮流れ(亜音速域)に関する数値解析を行った。その結果,マイクロチャンネル内壁面からの熱流入は,確かに流速と流体温度を増加させる働きはあるものの,同時に全圧損失をもたらすことが確認された.これは,触媒燃焼などによって作動ガスに熱エネルギーを与えても,期待していたような圧力の上昇効果が得られないことを意味する.このように,加熱による影響は当初のねらいとは逆の方向であることがわかったが,本研究で対象とした準1次元定常圧縮流れ(亜音速域)に関する詳細な検討により,熱流入・摩擦損失・圧力等の熱力学的諸関係が定量的に明らかとなり,今後の研究に対する貴重な基礎的理解が得られた.

这项研究旨在应用于指尖大小的超紧凑型燃气轮机，高输出密度约为100W，并提出了一种创新的流体压缩方法，该方法符合小尺寸的规模规则，不需要运动部件，并确认了该方法的工作原理。换句话说，提出了一种可以通过在微通道的内壁上进行催化燃烧来压缩流体的方法，该方法被提出了横截面的宽度，以及是否可以实现它。众所周知，在具有恒定的横截面区域和热流入的瑞利流动中，该流量在亚音速范围内加速。如果这种加速流在称为差异用户的宽通道中很好地工作，该通道具有将动能转换为压力能的功能，从热能到动能和动能到压力能的转化，并且可以在没有运动部件的情况下实现流体的压力升高。在这种情况下，作为对工作气体进行热输入的一种方法，从尺度定律的角度来看，微通道内壁的催化燃烧被认为是有希望的。因此，作为第一步，考虑到通道壁表面的热量流入，我们考虑了从通道壁表面的热流入的热量流入的数值分析。结果，已经证实，微通道内壁的热流入肯定具有增加流速和流体温度的功能，但与此同时，这也会导致总压力损失。这意味着，即使热能通过催化燃烧施加到工作气体上，也无法达到预期的压力增加效果。通过这种方式，发现加热的影响与原始目的相反，但是对这项研究中针对的准级稳定压缩流（亚音速范围）的详细检查在定量上揭示了热力学关系，例如热流入，摩擦损失和压力，以及对未来研究的宝贵基本理解。