質量分析計によるアンモニア燃焼におけるイオン反応機構の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

質量分析計を用いたイオン化学種の同定を行うため，小型の予混合バーナ火炎を製作し，真空引きの状態で火炎帯付近を分析計のオリフィスに導入し，火炎が失火せずに定在できることを確認した．本年度，このバーナー装置を用いてメタン空気予混合気を用いてイオン化学種の同定を行っていた際に質量分析計の制御装置が故障した．現在，製造メーカーにおいて修理を行っている段階であり，2023年6月末に修理が完了する予定である．2022年度中は質量分析計が使用できないことが判明したため，計画では2023年度に実施予定であったアンモニア予混合火炎の主要なイオン反応機構の検討を先行して実施した．CHEMKIN-proと呼ばれるソフトウエアを用いてアンモニア空気予混合火炎の素反応計算を実施し，オカフォーらが示した計算結果（層流燃焼速度，NO，N2O，NH3などの主要な化学種濃度）と比較し，妥当な計算結果が得られていることを確認した．また，イオン反応機構として，NO+，H3O+，N＋，O+ を含む計算を行い，NO+ が最も多いイオン化学種であることを示した．また，Sahaらの熱電離の式を適用したNO+ についても検討し，化学電離によるNO+ と熱電離によるNO＋ が同程度であることを示した．これらの計算から当量比とイオン濃度との関係を求め，実験にて明らかとなっている当量比とイオン電流値との関係を比較したところ，定性的にはよく一致しているが，定量的には若干異なる傾向が見られた．この結果は，素反応計算が１次元の断熱火炎モデルを用いているのに対して，実験ではアンモニア火炎を安定して定在させるためによどみ流火炎となっているため，これらの相違が見られてものと考えている．