多次元多変量光学計測と大規模DNSの融合による希薄乱流火炎の構造解明と非線形制御

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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,世界最先端の多次元多変量光学計測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,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.また,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22年度は,実験的研究では,乱流燃焼の能動制御に必要な半導体レーザ吸収分光センサーに波長変調法の一つである2f検出法を導入することでセンサーのロバスト化と高精度化を行い,種々の制御条件におけるスワール型燃焼器の燃焼既燃ガス計測と燃焼器内圧力変動の同時計測から,燃焼器内の圧力変動とセンサー出力との関係を明らかにした.さらに,受動制御を受けた乱流予混合火炎の構造及びセンサー出力特性を考慮に入れた能動制御アルゴリズムについて検討した.数値的研究では,スワール型モデル乱流燃焼器を対象とした直接数値計算(DNS)及びラージエディシミュレージョン(LES)を非燃焼条件について行い,それらの比較からLBSコードの基本的な精度を検討した.さらにDNSを希薄乱流燃焼条件に拡張するとともに,前年度までに構築したSGS乱流燃焼モデルを導入したLESコードの構築を行った