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Triple Flame形成のための最適濃度勾配条件と火炎特性

三重火焰形成的最佳浓度梯度条件和火焰特性

基本信息

批准号：
14750130
负责人：
廣田光智
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は乱流燃焼の安定化に重要な要素となる部分予混合燃焼の火炎端(Edge Flame)特性の把握とその最適燃焼条件を示すことを目的としている.この火炎端前縁には燃料と酸化剤の部分的な混合領域が存在し,Triple Flameと呼ばれる錨型形状となる.この火炎に対して実燃焼器内を模擬して濃度勾配を不均一に変化させることで火炎特性の変化を観察し,火炎端の安定性に最適な燃焼条件を明らかにする.本年度は,まずPIV(粒子画像流速測定法)とレーリ散乱法を用いた火炎面前方の流れ場及び濃度場の測定から火炎面曲率と局所燃焼速度について検討した.その結果,初期混合気流速及び燃料濃度勾配の組み合わせが異なる場合でも形成される火炎の曲率が等しい揚合には火炎面直前における局所の沸れ場及び濃度場は同一で,この曲率が等しければTriple Flameの局所燃焼速度は同一であることがわかった.次にこの濃度勾配を時間的に変化させて形成されるTriple Flameの応答を観察した.その結果,濃度勾配が緩やかな状態から急な状態へ変化する場合と,その逆の変化では,Triple Flameはヒステリシスを有する挙動を示した.これは火炎先端部付近の流れ場構造の変化によるもので,火炎の移動経路の長さが異なることが原因である.この火炎に対して16化学種25素反応を考慮した数値計算を行い検討した結果,濃度勾配が急な状態でOHラジカルが少なくなり,中間生成物のホルムアルデヒドが過濃側火炎面で多く排出されることがわかった.これは前年度の火炎発光から観察されるOHラジカル発光強度の結果とも対応している.このように濃摩勾配中の火炎は,急な濃度勾配よりも比較的緩やかな濃度勾配を維持することで燃焼強度が強い火炎形態を実現できるが,濃度の時間変化に対して安定状態へ戻りにくい構造であるため,制御が必要であることがわかった.

This study aims to investigate the characteristics of Edge Flame of mixed combustion and to determine the optimum combustion conditions. Triple Flame is an anchor shape. The simulation of the combustion conditions in the combustor, the variation of the concentration distribution, the variation of the combustion characteristics, the stability of the combustion end and the optimum combustion conditions are discussed. This year, PIV(Particle Portrait Velocimetry) and Scattering Method were used to measure the flow field and concentration field in front of the flame surface, and the curvature of the flame surface and the combustion velocity. As a result, the initial mixed gas velocity and fuel concentration are mixed in different combinations, and the curvature of the Flame is equal to that of the flame surface. The concentration of these substances was adjusted to the time of formation of Triple Flame. As a result, the concentration profile changes from slow state to rapid state, and vice versa. Triple Flame changes from slow state to rapid state. The structure of the flow field near the tip of the fire is changed, and the length of the moving path of the fire is different. The results of numerical calculation of 16 chemical species and 25 elemental reactions were investigated. The concentration of OH was adjusted to the critical state. The intermediate products were discharged from the over-concentrated side of the flame surface. This is the result of the previous year's fire emission and the observation of OH emission intensity. The intensity of combustion is strong, the flame is stable, the concentration is stable, the structure is stable, and the control is necessary.