燃焼の制御に関する基礎研究

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燃焼に直接関わる各種の重要制御因子が、着火、燃焼、伝熱機構、微粒子生成等に及ぼす効果を理論・実験の両面から基礎的に追究し、次のような成果を得た。(1)燃焼の積極的な制御を狙いとして、プラズマジェットを乱流拡散火炎に照射し、これによって誘起される化学活性種の分布を特定した。さらに、これを可燃範囲にある混合気中心部に照射することにより燃焼の促進とすすの低減が可能になることを明らかにした。(2)流動を制御して乱流拡散燃焼の促進を図るため、非定常噴流が壁面や円板に衝突する際の流動に関する直接計算を行い、拡散混合の効果と特徴を確認した。また、燃焼器内での空気孔と気体燃料孔の位置が拡散に及ぼす影響を流動計算により明らかにした。さらに、壁面付近の反応と流動を数値計算により予測し、高温壁面上では、境界層ガスが未反応混合気の場合反応によって熱流束が増加する一方、既燃焼ガスでは減少することを見いだし、このことを測定により実証した。(3)空気流動、圧力、温度、ガス組成、燃料性状などの諸因子の効果を実験的に調べるため、非定常噴霧燃焼や過濃混合気の燃焼を再現し、実際の燃焼装置では困難な燃焼計測を可能にした。これにより、燃料の熱分解と混合気形成過程に対する温度依存性を確認し、空気流動の強化に伴う燃料の分散と拡散燃焼の促進効果を特定した。また、動作ガスに含まれる酸素、窒素、水蒸気、二酸化炭素などの各種ガス組成が非定常噴霧火炎の構造、火炎温度、微粒子の生成・消減に及ぼす影響を明らかにした。さらに、過濃混合気の燃焼において、すす微粒子の生成速度を計測し、空燃比、燃料組成と温度のすす微粒子の生成に及ぼす影響度を明確にし、以上の結果から、微粒子の低減のための指針を得た。