噴霧燃焼機構の数値解析による性能向上に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

1.噴霧燃焼に関して、燃焼炉内および燃焼生成物等の分布に関する推算を行うため、(1)空気、液状燃料、燃焼ガスの流動拡散、(2)燃料及び燃焼ガス間あるいは燃焼炉壁間の対流・放射伝熱、(3)燃焼反応及びNO生成速度等に関するモデル化をそれぞれ行い、解析法を開発した。2.上記(1)の流動拡散に関して解析の妥当性を検討するため、コ-ルドモデル実験により次の知見が得られた:(1)旋回流を伴う場合には、既往の乱流粘度を補正する方法により、旋回流の乱流保持性が説明できる。(2)二段燃焼の場合には、2次元軸対称数値解析に開発した二段燃焼用空気導入モデルを組み込むことにより流動特性が解明できた。しかし、対称性を欠く流れの場合には3次元解析が必要であることが明かとなった、(3)燃焼炉内のように比較的流れ場の急変個所が無い場合には、壁近傍の流れ場は、計算コストの掛る低レイノルズ数モデルによらず壁関数法で解析可能であることを示した。3.水スラリ-燃料燃焼のモデル化のため、100〜500μmの液滴を懸垂し、加熱・燃焼させる装置を試作し、各種燃料の単一滴の燃焼特性を測定した。その結果、燃焼過程は水分の蒸発期間、加熱期間、火炎を伴う燃焼期間およびチャ-燃焼期間の4領域に分けられ、これらに実験で求めたアレニウス型の揮発化速度およびチャ-燃焼速度を組み込むことにより燃焼解析できることを明らかにした。4.上記のモデル化により微粉炭および石油系ピッチの水スラリ-噴霧燃焼解析を行った結果、(1)NOの生成量は全空気量に対する二段燃焼用空気量の割合により極大値が得られ、煤塵はその割合の増加と共に増加することが示され、炉内のガス組成・温度、流動解析によりその機構を説明が可能になった。(2)煤塵の生成量は、噴霧滴の平均直径の大小よりも滞在時間の長い方が(噴霧滴の初速度が小さいこと)少なくなることを明らかにした。