平衡/非平衡プラズマを併用した超音速流における着火・燃焼促進技術の開発

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2年目かつ最終年度である平成23年度には,「課題2 平衡/非平衡プラズマを併用した着火・燃焼促進手法の確立」および「課題3 分光計測,レーザ計測による着火過程および火炎形成伝播過程の解明」に取り組んだ。PJトーチと前年度に開発した誘電体バリア放電(DBD)による非平衡プラズマ発生装置を超音速流路に上流から順に直列に配置し着火・燃焼試験を行った。燃料には水素を用い,燃料噴射位置およびPJトーチ投入電力を変化させた.その結果,燃料をDBDプラズマ発生装置の上流から噴射した場合に、平衡/非平衡プラズマ併用が平衡プラズマ単独使用よりも優れた燃焼促進効果を示した.燃焼促進効果について詳細な理論的考察を行い,その主因が非平衡プラズマによって生成されるオゾンが燃焼場に供給されることにより水素の着火遅れ時間を短縮したことであると明らかにした.DBDによって生成された非平衡プラズマによる超音速流中での燃焼促進効果は本研究により初めて実証されたものであり,極めて重要な成果である.プラズマ分光法による活性化学種分布の計測によるより詳細な調査が期待される.また,実験と並行して,高電圧印加を模擬した非平衡プラズマの着火促進効果の数値解析も昨年度に引き続き行った.数値解析ではメタンに加え水素とエチレンもその対象に加えた.得られた重要な結果を以下に示す.・いずれの燃料においても,印加する高電圧の強さおよび印加時間が大きいほど優れた着火促進効果が現れた.・燃料種によって高電圧印加時の中間生成物の組成が異なり,着火促進効果にも違いが現れる.よって,燃料種やその組成により高電圧印加条件を変えることで、燃焼場に最適な組成のプラズマを供給できる.