水素を燃料としたガスタービン燃焼器に関する基礎研究

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化石燃料の改質で得られた水素を使用し、エクセルギー効率の向上とCO_2フリー燃焼を実現するガスタービン燃焼器の設計、開発の基礎データを取得することを目的として、燃焼安定性、排気特性に密接な関係を有する燃焼用の空気と水素の混合過程と燃焼器内の流れの関係を冷態条件で調べた。はじめに、燃焼濃度計により高速乱流中における燃料の局所濃度の時系列データを取得し、その統計的処理によって濃度の変動強さ、濃度塊のサイズを求める手法を確立した。ついで、燃焼器の燃料噴射ノズル近傍を模擬した模型による冷態実験によって旋回空気噴流中に噴射された燃料模擬気体であるヘリウム、および比較気体の炭酸ガスの混合状態と流速、乱れの測定結果とを比較検討した。その結果、旋回度の増大による強せん断流場によって著しい燃料拡散速度の増加と速度減衰が見られ、炭酸ガスでは旋回流の拡散への効果が大きいことが判明した。しかしながら、ノズル近傍における濃度塊のサイズは旋回度の増大で大きくなる傾向が見られた。さらに、分子量の小さい気体では旋回流の拡散促進効果が劣ることが予想される。これらの結果は、ガスタービン燃焼器の水素噴射ノズルの設計について考慮すべきことである。