Study on combustion limits using microgravity experiments towards the establishment of zero NOx and CO2 emission combustion technology

利用微重力实验研究燃烧极限，建立NOx和CO2零排放燃烧技术

• 批准号: 17J03776
• 负责人: 奥野 友哉
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J03776/
• 关键词: Flame ball; Sporadic flame; 微小重力燃焼; 燃焼限界

今年度は対向流火炎の極低流速域において観察される球状火炎に着目した実験および数値計算を行った。実験ではCH4/O2/Kr（ルイス数0.7-0.8）およびCH4/O2/Xe（ルイス数0.5）混合気を用い、微小重力実験を行った。計算では、詳細化学反応機構を用いた一次元定常対向流火炎計算、一段総括反応機構および拡散・熱的モデルを用いた三次元および一次元半理論非定常計算を行い、実験結果と比較した。実験では、Xe混合気を用いた場合に多数の球状火炎が形成されるSporadic flameが低伸長率条件で観察されたが、Kr混合気を用いた場合はSporadic flameが観察されなかった。また、Sporadic flameが観察される領域では、実験で得られる燃焼限界がいちじげん定常対向流計算で得られるうものより低当量比に位置した。ルイス数によるSporadic flame形成の有無および燃焼限界の傾向を一段総括反応機構および拡散・熱的モデルを用いた三次元半理論非定常計算でも再現できた。拡散・熱的モデルの三次元半理論定常計算を用いて得たFlame ballのとSporadic flameの計算結果を比較した結果、反応帯近辺ではSporadic flameとFlame ballの火炎構造が良く一致することがわかった。よどみ面と平行方向におけるSporadic flameの大きさを計測し、Flame ballの大きさと比較した結果、Sporadic flameの大きさに対する当量比依存性は限界近傍におけるFlame ballの傾向と一致した。また、伸長率の減少とともにFlame ballへの大きさへと漸近することがわかった。これらより、Sporadic flameは通常の伝播火炎である対向流火炎と、Flame ballを接続する中間的な火炎形態であることが示された。

This year, the extremely low flow rate area of ​​​​the directional flow flames is the spherical flames.実験ではCH4/O2/Kr (ルイス number 0.7-0.8) およびCH4/O2/Xe (ルイス number 0.5) mixed with い, micro gravity 実験を行った. Calculation, detailed chemical reaction mechanism calculation, one-dimensional constant directional flow flame calculation, one-stage reaction mechanism calculation The heat dissipation method was calculated using the three-dimensional and one-dimensional one-and-a-half-dimensional unsteady theory, and the results were compared.実験では, flameが観泽されなかった.また、Sporadic flameが観看される区では、実験でgetsられる火焼 limitがいちCalculate the constant axial flow and get the low equivalence ratio position of the られるうものよりルイス日によるSporadic The existence and non-existence of the flame formation limit and the propensity of the limit of flame burning can be reproduced using the three-dimensional semi-theoretical unsteady calculation of the reaction mechanism and the heat dissipation mechanism. The calculation results of the three-dimensional semi-steady calculation of the three-dimensional semi-theoretical method of heat dissipation and heat are obtained by using the calculation results of the Flame ball and the Sporadic flame. The results are compared and the results are compared. The ball's flame structure is good and consistent.よどみ面とparallel directionにおけるSporadic flameの大きさをmeasurementし、Flame ballの大きさと comparisonしたresult、Sporadic flameの大きさに対するequivalent ratio dependenceはlimit close proximityにおけるFlame ballのtendencyとconsistentした.また, elongation の decreases とともにFlame ball への大きさへと asymptotic することがわかった.これらより, Sporadic flame はNormal の伝 broadcast fire flame である対流火blaze と, Flame ball を开続する中な火blaze form であることが Show された.

项目成果

微小重力場を用いた低ルイス数予混合伸長火炎の燃焼限界に関する研究

微重力场低路易斯数预混细长火焰可燃极限研究

• 发表时间: 2017
• 作者: Tomoya Okuno;Takaki Akiba;Hisashi Nakamura;Roman Fursenko;Sergey Minaev;Takuya Tezuka;Susumu Hasegawa;Masao Kikuchi;Kaoru Maruta;奥野友哉，中村寿，手塚卓也，長谷川進，菊池政雄，丸田薫;奥野友哉，秋葉貴輝，中村寿，手塚卓也，長谷川進，菊池政雄，丸田薫
• 通讯作者: 奥野友哉，秋葉貴輝，中村寿，手塚卓也，長谷川進，菊池政雄，丸田薫

The effects of Lewis number on the combustion limit, near-limit boundary, and flame regimes of low-Lewis-number counterflow flames under microgravity

微重力下路易斯数对低路易斯数逆流火焰燃烧极限、近极限边界和火焰状态的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: Tomoya Okuno;Hisashi Nakamura;Takuya Tezuka;Masao Kikuchi;Kaoru Maruta
• 通讯作者: Kaoru Maruta

微小重力場を用いた対向流予混合火炎の燃焼限界および球状火炎の形成にルイス数がおよぼす影響に関する研究

微重力场研究路易斯数对逆流预混火焰可燃极限及球形火焰形成的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: Tomoya Okuno;Takaki Akiba;Hisashi Nakamura;Roman Fursenko;Sergey Minaev;Takuya Tezuka;Susumu Hasegawa;Masao Kikuchi;Kaoru Maruta;奥野友哉，中村寿，手塚卓也，長谷川進，菊池政雄，丸田薫
• 通讯作者: 奥野友哉，中村寿，手塚卓也，長谷川進，菊池政雄，丸田薫

Study on the effects of Lewis number on the combustion limits of stretched premixed flames and the formation of ball-like flames under microgravity

微重力下路易斯数对拉伸预混火焰燃烧极限及球状火焰形成的影响研究

• 发表时间: 2017
• 作者: Tomoya Okuno;Hisashi Nakamura;Takuya Tezuka;Masao Kikuchi;Kaoru Maruta
• 通讯作者: Kaoru Maruta

Broken C-shaped extinction curve and near-limit flame behaviors of low Lewis number counterflow flames under microgravity

• DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.05.014
• 发表时间: 2018-08
• 期刊: Combustion and Flame
• 影响因子: 4.4
• 作者: T. Okuno;Takaki Akiba;H. Nakamura;R. Fursenko;S. Minaev;T. Tezuka;S. Hasegawa;M. Kikuchi;K. Maruta;K. Maruta