局所火炎構造に基づく希薄乱流予混合燃焼の非線形制御

本研究では,乱流火炎構造と燃焼器内圧力変動の非線形な関係を利用した非線形能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発することを目的としている.この目的を達成するために,世界最先端の複合レーザ計測法を用いて受動的に制御された乱流予混合火炎の火炎構造や乱流構造,それらと燃焼器内圧力変動及び燃焼騒音との関係を明らかにするとともに,すでに開発した半導体レーザ吸収分光センサーの情報と火炎構造等の関係を明らかにし,能動制御アルゴリズムの構築を行う.構築した制御アルゴリズムと半導体レーザ吸収分光センサー及び制御デバイスとして二次燃料噴射を用いて,乱流燃焼場の能動制御技術を確立する.平成19年度は,実験的研究では,研究代表者らのこれまでの研究で燃焼騒音とNOx排出量の低減が実現されている受動制御を受けたモデル燃焼器の乱流予混合火炎の構造解明に重点をおいて,数値的研究では,これまでに構築した乱流予混合火炎のLESのためのSGS乱流燃焼モデルを希薄予混合火炎に拡張することに重点をおいて研究を行った.実験的研究では,燃焼器内圧力変動とステレオ投影粒子画像流速計の同時計測を行い,それらの結果から,圧力変動と大域的な乱流変動との関係を検討し,火炎近傍に形成される再循環領域の変動と圧力変動のパターンに関連があることを明らかにした.数値的研究では,従来よりも高レイノルズ数の希薄乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,それらの結果を用いて希薄条件でのSGS燃焼特性と火炎面のフラクタル特性を明らかにするとともに,これまでに開発したSGS乱流燃焼モデルの希薄条件への適合性を検証した.

本研究では,乱流火炎構造と燃焼器内圧力変動の非線形な関係を利用した非線形能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発することを目的としている.この目的を達成するために,世界最先端の複合レーザ計測法を用いて受動的に制御された乱流予混合火炎の火炎構造や乱流構造,それらと燃焼器内圧力変動及び燃焼騒音との関係を明らかにするとともに,すでに開発した半導体レーザ吸収分光センサーの情報と火炎構造等の関係を明らかにし,能動制御アルゴリズムの構築を行う.構築した制御アルゴリズムと半導体レーザ吸収分光センサー及び制御デバイスとして二次燃料噴射を用いて,乱流燃焼場の能動制御技術を確立する.平成19年度は,実験的研究では,研究代表者らのこれまでの研究で燃焼騒音とNOx排出量の低減が実現されている受動制御を受けたモデル燃焼器の乱流予混合火炎の構造解明に重点をおいて,数値的研究では,これまでに構築した乱流予混合火炎のLESのためのSGS乱流燃焼モデルを希薄予混合火炎に拡張することに重点をおいて研究を行った.実験的研究では,燃焼器内圧力変動とステレオ投影粒子画像流速計の同時計測を行い,それらの結果から,圧力変動と大域的な乱流変動との関係を検討し,火炎近傍に形成される再循環領域の変動と圧力変動のパターンに関連があることを明らかにした.数値的研究では,従来よりも高レイノルズ数の希薄乱流予混合火炎の直接数値計算を行い,それらの結果を用いて希薄条件でのSGS燃焼特性と火炎面のフラクタル特性を明らかにするとともに,これまでに開発したSGS乱流燃焼モデルの希薄条件への適合性を検証した.