二酸化炭素希釈酸化剤を用いた層流浮き上がり拡散火炎の構造と安定機構

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近年、埋蔵量が豊富な石炭および再生できるバイオマス(木、ゴミなど廃棄物)を利用する複合発電システムで、高効率、高い環境性能を有する次世代火力発電システム(IGCC)の主力として注目されている。本研究では、石炭ガスあるいは廃棄物の熱分解ガス(CO,H_2とCH_4)の単一ガス及びそれらの混合物燃料と、CO_2で希釈された酸化剤から構成された層流噴流浮き上がり拡散火炎の火炎構造と安定機構を、実験及び詳細な反応機構と輸送特性を考慮した数値解析によって解明することを目的とする。1)15年度では、実験の方は、まず、出口直径0.2mmの噴射バーナを用いて、単一プロパン(C_3H_8)とDME(CH_3-O-CH_3)および混合燃料(CO+5%CH_4)の自由噴射拡散火炎実験を行った。可視化写真から一酸化炭素の層流噴流浮き上がり火炎特性がメタン(CH_4)とプロパン(C_3H_8)およびDME(CH_3-O-CH_3)燃料に比べ大きな違いがあることを初めに実験的に示した。2)続いて、出口直径100mmの酸化剤バーナと出口直径2mmの燃料バーナを用いて、単一プロパン(C_3H_8)とDME(CH_3-O-CH_3)および一酸化炭素(CO)の同軸噴射拡散火炎実験を行った。一酸化炭素の層流噴流浮き上がり火炎特性も実験的に示した。3)数値解析の方は、前年度に続いて、開発した層流噴流拡散火炎コードと購入した高速計算機を用いて単一のメタンと一酸化炭素燃料及びそれらの混合物燃料の層流浮き上がり拡散火炎を解析した。メタンと一酸化炭素浮き上がり火炎の構造と安定性において大きな違いがあり、その原因はメタンと一酸化炭素の化学反応特性の大きな違いであることを解明した。その成果の一部ASPACC2003(The Fourth Asia-Pacific Conference on Combustion, Nanjing, China)に投稿し、昨年の11月に発表した。さらに、新しい結果にまとめて第30回国際燃焼シンポジウムに投稿した。