保炎限界および燃焼速度に対するラジカル添加の効果

自由基添加对火焰保持极限和燃烧速率的影响

基本信息

批准号：
11750149
负责人：
滝田謙一
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、プラズマトーチにより供給されたラジカルによる着火・燃焼性向上の効果を調べるため、2次元の数値シミュレーション及び高温ガス供給器を用いた高温雰囲気下での着火実験を行った。数値解析においては、同じ投入電力に対してプラズマジェット噴射温度及びラジカル濃度の異なる酸素、窒素、アルゴンプラズマトーチについて比較を行なった。得られた結果によると、酸素プラズマトーチの保炎性能が最も高く、アルゴンプラズマトーチが最も低かった。酸素トーチの性能が高かったのはプラズマジェットの周りで純酸素燃焼に近い条件で燃焼が行われ、プラズマジェット自身が保炎器として働いたためであった。また、ラジカルを全く含まないアルゴンプラズマトーチの燃焼性能が最も低かったことよりラジカルが燃焼促進および燃焼領域の拡大に働いていることが確認された。しかし、保炎の可否はラジカルの有無よりも予混合気が高温領域に接触するか否かに強く依存することが分かった。実験においては空気主流温度を700Kまで上昇させて、その効果を調べた。得られた結果において、空気流温度の上昇は着火性を高くすることが分かったが、燃焼実験に先立って行ったプラズマジェットの分光計測では励起したラジカルからの発光領域は空気流温度の影響をほとんど受けなかった。ゆえに、主流温度の上昇による着火性の向上はラジカルの効果というより、むしろ温度の上昇による燃料のメタンの燃焼性向上によるものと考えられる。また、窒素プラズマと酸素プラズマの着火性の比較では酸素プラズマのほうがより着火性が高かったが、これは数値解析で示したように、酸素濃度の上昇の効果であると考えられる。

在这项研究中，为了研究因等离子火炬提供的自由基引起的点火和易燃性的影响，我们使用高温气体供应设备进行了高温大气中的二维数值模拟和点火实验。在数值分析中，对具有不同等离子喷射喷射温度的氧，氮和氩等离子体火炬进行了比较，并且具有相同输入功率的根部浓度。获得的结果表明，氧等离子体割炬具有最高的火焰保留性能，而氩等离子体火炬的火焰保留性能最低。氧气火炬的性能很高，因为在接近纯氧燃烧的条件下，燃烧是在等离子射流周围进行的，并且等离子射流本身是火焰固定器。此外，确认没有自由基的氩等离子体火炬的最低燃烧性能，因为已证实自由基被用于促进燃烧和扩大燃烧区域。但是，发现保留火焰的能力更取决于预混合是否与高温区域接触而不是自由基的存在或不存在。在实验中，空气主流温度升至700K，并检查了效果。获得的结果表明，气流温度的升高会增加点火性能，但是在燃烧实验之前进行的等离子体射流的光谱测量中，激发自由基的发光区域几乎不受空气流动温度的影响。因此，人们认为，由于主流温度的升高而导致的点火性能的改善不是由于自由基的影响，而是由于温度升高而导致的燃料甲烷的易燃性的增加。此外，在比较氮血浆和氧血浆的点火特性时，氧血浆更加可被点燃，但是如数值分析所示，这被认为是增加氧浓度的效果。