噴霧燃焼振動メカニズムの解明

喷雾燃烧振荡机理的阐明

• 批准号: 14J01137
• 负责人: 北野 智朗
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J01137/
• 关键词: 燃焼振動; フラッシュバック; 噴霧燃焼; LES; 液滴蒸発; 高圧燃焼

本年度はバックステップ燃焼器におけるガス燃焼および噴霧燃焼にLarge-Eddy Simulation （LES）を適用し，燃焼振動の発生メカニズムについて検討を行い，さらに，初期の燃料液滴径の違いが燃焼振動特性に及ぼす影響についても調査を行った．その結果，噴霧燃焼における燃焼振動では，ガス燃焼の場合と同様の圧力変動，流速変動および熱発生率の変動に加え，燃料液滴の蒸発速度も変動することを明らかにした．また，噴霧燃焼振動の強度は初期の燃料液滴径の違いにより変化し，特定の燃料液滴径において最大となることを明らかにした．さらに，その燃焼振動強度の変化は，平均液滴径の違いにより変化する蒸発率がステップ後部における熱発生率に影響を及ぼすために生じることを明らかにした．以上の研究成果は国内および国外の学会において発表済みである(日本流体力学会年会2015, ETC2015)．また，現在，本研究成果を学術論文に投稿中である（Kitano et al., Combust. Flame, submitted）．また，燃焼振動に起因して発生する火炎の逆流現象（フラッシュバック）について調べるため，チャネル乱流中のガス燃焼にDirect Numerical Simulation (DNS)を適用し，燃焼振動を模擬した圧力変動を与えることにより，燃焼振動がフラッシュバックに及ぼす影響について検討を行った．その結果，フラッシュバックの瞬間速度および瞬間壁面熱流束は圧力変動により大きく変動することを明らかにした．さらに，圧力変動によりフラッシュバックの平均速度が増加すること，つまり，フラッシュバックの危険性が増すことを明らかにした．以上の研究成果は学術論文に発表済みである（Kitano et al., Energy & Fuels, 2015）．

This year, Large-Eddy Simulation (LES) was applied to the combustion and spray combustion of the start-up burner, and the investigation of combustion vibration characteristics and effects of initial fuel droplet diameter violations was carried out. As a result, the combustion vibration during spray combustion, the pressure variation, the flow velocity variation, the heat generation rate variation, and the evaporation velocity variation of fuel droplets vary under the same conditions of combustion. The intensity of spray combustion vibration varies from the initial fuel droplet diameter to the maximum fuel droplet diameter. In addition, the intensity of combustion vibration changes, the average droplet diameter changes, the evaporation rate changes, and the heat generation rate changes. The above research results were developed by both domestic and foreign societies (Japan Fluid Mechanics Society Annual Meeting 2015, ETC2015). The results of this research are published in Kitano et al. Combust. Flame, submitted）. Direct Numerical Simulation (DNS) is applicable to combustion vibration simulation, pressure change and combustion vibration influence. As a result, the instantaneous velocity and instantaneous wall heat flux change the pressure and force. The average speed of the engine increases when the pressure changes. The risk of the engine increases. The results of the above research are consistent with those of academic papers (Kitano et al., Energy & Fuels, 2015）.

项目成果

Effect of ambient pressure on soot formation in oxy-fuel spray jet flame

环境压力对氧燃料喷射火焰中烟灰形成的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Uwe S. Pracht;Julian Simmendinger;Martin Dressel;Ryota Endo;Tatsuya Watashige;Yousuke Hanaoka;Masaaki Shimozawa;Takahito Terashima;Takasada Shibauchi;Yuji Matsuda;and Marc Scheffler;T. Kitano
• 通讯作者: T. Kitano

Experimental and numerical investigation of thermo-acoustic instability in a liquid-fuel aero-engine combustor at elevated pressure: Validity of large-eddy simulation of spray combustion

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2015.03.014
• 发表时间: 2015-06-01
• 期刊: COMBUSTION AND FLAME
• 影响因子: 4.4
• 作者: Tachibana, Shigeru;Saito, Kinya;Kurose, Ryoichi
• 通讯作者: Kurose, Ryoichi

Evaporation and combustion of multicomponent fuel droplets

• DOI: 10.1016/j.fuel.2014.07.045
• 发表时间: 2014-11
• 期刊: Fuel
• 影响因子: 7.4
• 作者: T. Kitano;Junichi Nishio;R. Kurose;S. Komori

バックステップ流れにおける燃焼振動のLarge-eddy Simulation

后步流燃烧振荡的大涡模拟

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Kasahara;T. Yamashita;A. Shi;R. Kobayashi;Y. Shimoyama;T. Watashige;K. Ishida;T. Terashima;T Wolf;F. Hardy;C. Meingast;H. v. Lohneysen;A. Levchenko;T. Shibauchi and Y. Matsuda;北野智朗
• 通讯作者: 北野智朗

Direct numerical simulation of flashback in turbulent channel flow

湍流通道内闪回的直接数值模拟

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Watashige;Y. Tsutsumi;T. Hanaguri;Y. Kohsaka;S. Kasahara;A. Furusaki;M. Sigrist;C. Meingast;T. Wolf;H. v. Loehneysen;T. Shibauchi;and Y. Matsuda;T. Kitano
• 通讯作者: T. Kitano