多次元多変量レーザ計測による乱流予混合火炎の構造解明とモデル化

使用多维多元激光测量对湍流预混火焰进行结构阐明和建模

• 批准号: 13J08425
• 负责人: 城地 文音
• 金额: $ 2.53万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J08425/
• 关键词: 乱流燃焼; レーザ計測; 予混合火炎; 複合計測; 熱工学; 流体工学; エネルギー効率化; 乱流燃焼モデル; 乱流モデル

本研究では，複数化学種濃度と流体速度の時系列レーザ計測法により構築された世界最先端の多次元多変量時系列レーザ計測法を，実用燃焼器を模擬した各種燃焼器に適用し，高圧・高レイノルズ数乱流予混合火炎の構造を解明するとともに，種々の燃焼場に適用可能なLESのためのSGS燃焼モデルを構築・検証するため知見を得る事を目的としている．平成26年度は，高強度乱流中に形成される部分予混合気の自着火及び火炎の不安定現象について検討を行うため，プラズマヒーターを用いて高温度・高レイノルズ数乱流条件下で燃料を噴射（Jet-in-Hot-Coflow，JHC）し，そこに形成される浮き上がり火炎を対象として多次元多変量レーザ計測を行った．時系列ステレオ粒子画像流速計（PIV）による速度計測結果からCo-flow中，強いせん断が生じる領域及び噴流中心における乱流強度，積分スケール等の乱流統計量を明らかにし，熱電対による温度計測と併せて，当該実験装置を用いることで実現可能な乱流及び温度条件とその同時再現性を明らかにした．時系列CH2O/OH同時平面レーザ誘起蛍光法（PLIF）計測法結果から，浮き上がり高さ（Lift-Off-Height，LOH)を算出し，JHC中に形成される浮き上がり火炎の安定機構は主に自着火現象であること，Co-flowの温度及び乱流強度が自着火特性に対して支配的な影響を持っていることを明らかにした．また，乱流混合を表す重要なスカラー量である，混合分率と温度の定量計測を行なうため，平面レイリー散乱計測とNO PLIFの同時計測法を開発している．

This study で は, plural chemical concentration と fluid velocity when の series レ ー ザ measuring method に よ り build さ れ た one of the world's most apex の multidimensional series when many variations of レ ー ザ を measuring method, be burning を 焼 device was used to simulate し た various に applicable し 焼 device, high 圧 · レ イ ノ ル ズ number turbulence to mix fire inflammation の tectonic を interpret す る と と も に, Kind of 々 の 焼 field に may apply な LES の た め の SGS combustion 焼 モ デ ル を building card · 検 す る た め knowledge を る is を purpose と し て い る. は pp.47-53 26 year, high intensity of turbulence に forming さ れ る part to mixed 気 の び since the fire, the fire inflammation の instability phenomenon に つ い て 検 line for を う た め, プ ラ ズ マ ヒ ー タ ー を with い て high temperature, high レ イ ノ ル ズ number under the condition of turbulence で を Jet fuel (Jet - in - Hot - Coflow, JHC) し, そ こ に form さ れ る float on き が り fire inflammation を like と seaborne し て multidimensional many variations レ ー ザ measuring line を っ た. Portraits when series ス テ レ オ particle meter (PIV) に よ る speed measuring results か ら Co - flow, strong い せ ん born broken が じ る field and び jet center に お け る turbulence intensity and integral ス ケ ー ル を の turbulence statistics such as Ming ら か に し, thermoelectric に seaborne よ る thermometer と measurement and せ て, When it be を 験 device with い る こ と で may be presently な turbulence and temperature conditions と び そ の and reproducibility を Ming ら か に し た. Series of CH2O/OH plane at the same time when レ ー ザ induced 蛍 method (PLIF) method of measuring results か ら, floating on the き が り high さ (Lift - Off - Height, LOH) calculating the し を and JHC に forming さ れ る float on き が り fire inflammation の stable institutions は main に from burning phenomenon で あ る こ と, Temperature and Co - flow の び turbulence intensity が since the fire characteristics に し seaborne て な influence dominated を hold っ て い る こ と を Ming ら か に し た. ま た, turbulence mixing を table す important な ス カ ラ ー quantity で あ る, mixing fraction と quantitative measuring temperature の を line な う た め, plane レ イ リ ー scattered measuring と NO PLIF の を measuring method at the same time open 発 し て い る.

项目成果

Investigation on Local Structure and Dynamics of Turbulent Premixed Flame by High-Speed Laser Diagnostics

通过高速激光诊断研究湍流预混火焰的局部结构和动力学

• 发表时间: 2013
• 期刊: Proceedings of the Second International Education Forum on Environment and Energy Science
• 作者: Ayane Johchi;Yoshitsugu Naka;Masayasu Shimura;Mamoru Tanahashi;Toshio Miyauchi
• 通讯作者: Toshio Miyauchi

A novel plasma heater for auto-ignition studies of turbulent non-premixed flows

• DOI: 10.1007/s00348-015-2059-7
• 发表时间: 2015-09
• 期刊: Experiments in Fluids
• 影响因子: 2.4
• 作者: F. Eitel;J. Pareja;D. Geyer;A. Johchi;Florian Michel;Wolfgang Elsäßer;A. Dreizler

0kHz CH-OH PLIF・ステレオPIV同時計測による乱流予混合火炎の局所燃焼速度に関する研究

0kHz CH-OH PLIF与立体PIV同时测量湍流预混火焰局部燃烧速度研究

• 发表时间: 2015
• 期刊: 第93期日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集
• 作者: Felix Eitel;Jhon Pareja;Dirk Geyer;Ayane Johchi;Florian Michel;Wolfgang Elsaesser;Andreas Dreizler;中吉嗣，城地文音，志村祐康，店橋護
• 通讯作者: 中吉嗣，城地文音，志村祐康，店橋護

Investigation on the Acoustic Behavior of a Turbulent Swirl-Stabilized Combustor Fed with Liquid Fuel

液体燃料湍流涡流稳定燃烧室的声学行为研究

• 发表时间: 2014
• 期刊: Proceeding of 17th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics
• 作者: Ayane Johchi;Laurent Zimmer;Mamoru Tanahashi
• 通讯作者: Mamoru Tanahashi

10kHz CH-OH PLIF・ステレオPIV同時計測による乱流予混合火炎の局所燃焼速度に関する研究

10kHz CH-OH PLIF与立体PIV同时测量湍流预混火焰局部燃烧速度研究

• 发表时间: 2015
• 作者: Ayane Johchi;Masayasu Shimura;Mamoru Tanahashi;中吉嗣，城地文音，志村祐康，店橋護
• 通讯作者: 中吉嗣，城地文音，志村祐康，店橋護