Elucidation of Wall Chemical Effects on the Cool Flame Ignition and Extinction Process

阐明壁化学对冷焰点火和熄灭过程的影响

基本信息

批准号：
21K14088
负责人：
李敏赫
金额：
$ 3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14088/
关键词：
冷炎低温酸化反応壁面の化学的効果 HCHO PLIF TDLAS WMS 燃焼エネルギー低環境負荷

项目摘要

本研究では，冷炎の燃焼特性に対する圧力の影響を調べるため，雰囲気圧力を制御した上，壁面近傍に冷炎の形成を可能とする実験系を構築し，半導体レーザ吸収分光法（TDLAS）により冷炎着火過程におけるHCHO濃度変化を計測した．TDLAS計測では吸収線強度が温度により変化するため，濃度算出にはガス種の温度情報が必要となる．そこで，吸収線強度に対して異なる温度依存性を示す２つの波長領域を選定し，吸収率の比から温度を計測するTwo-Line H2O-TDLASを導入した．特にH2O-TDLASには，WMS（Wavelength Modulation Spectroscopy）法を適用することにより，温度測定時のノイズ低減を図った．H2O-TDLASにより求められたガス温度を用いて，HCHO濃度値の補正を行うことにより，高精度のHCHO濃度計測を実現した．DME（ジメチルエーテル）に加え，直鎖ヘプタン（n-C7H16），直鎖オクタン（n-C8H18）を燃料として用い，それぞれの冷炎の燃焼特性に対する圧力の影響を調べた．DME冷炎の場合，圧力の上昇に伴い同一壁温度におけるHCHO濃度が低下し，着火温度が増加する結果を得た．一方，直鎖アルカン冷炎の場合は，圧力の上昇につれ同一壁温度におけるHCHO濃度が増加し，着火温度が減少する，DMEと逆の傾向が示された．したがって，燃料によって低温酸化反応の開始および進行に対する圧力依存性が異なることを明らかにした．

在本研究中，为了研究压力对冷焰燃烧特性的影响，我们构建了一个控制大气压力并使得冷焰在壁面附近形成的实验系统，并使用二极管激光吸收光谱（TDLAS））测量了冷焰点火过程中甲醛浓度的变化。在TDLAS测量中，吸收线强度根据温度而变化，因此需要气体种类的温度信息来计算浓度。因此，我们选择了吸收线强度表现出不同温度依赖性的两个波长区域，并引入了双线 H2O-TDLAS，它可以根据吸收率的比率来测量温度。特别是，我们将波长调制光谱 (WMS) 应用于 H2O-TDLAS，以减少温度测量过程中的噪声。通过使用 H2O-TDLAS 测定的气体温度校正 HCHO 浓度值，实现了高精度 HCHO 浓度测量。除DME（二甲醚）外，还使用直链庚烷（n-C7H16）和直链辛烷（n-C8H18）作为燃料，研究了压力对每种冷焰燃烧特性的影响。在DME冷焰情况下，相同壁温下的HCHO浓度随着压力的升高而降低，着火温度升高。另一方面，在直链烷烃冷焰情况下，相同壁温下HCHO浓度随压力升高而升高，着火温度降低，与DME的趋势相反。因此，可知低温氧化反应的引发和进行的压力依赖性根据燃料而不同。