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。

在本研究中，为了研究等离子炬供给的自由基对改善点火和燃烧性的影响，我们利用高温供气装置在高温气氛中进行了二维数值模拟和点火实验。在数值分析中，我们比较了相同输入功率下具有不同等离子射流注入温度和自由基浓度的氧气、氮气和氩气等离子炬。根据所得结果，氧等离子炬的火焰保持性能最高，氩等离子炬的火焰保持性能最低。氧气炬的性能很高，因为在接近纯氧燃烧的条件下，在等离子射流周围发生燃烧，并且等离子射流本身充当火焰稳定器。此外，不含自由基的氩等离子炬的燃烧性能最低，证实了自由基具有促进燃烧和扩大燃烧面积的作用。然而，发现能否火焰稳定更多地取决于预混合物是否与高温区域接触，而不是取决于自由基的存在或不存在。实验中，将主空气温度提高到700K，考察其效果。所得结果表明，提高气流温度会增加可燃性，但在燃烧实验之前对等离子体射流进行的光谱测量表明，激发自由基的发射区域不受气流温度的影响。因此，认为主流温度升高导致的可燃性改善是由于温度升高导致甲烷燃料的可燃性改善，而不是自由基的影响。此外，在比较氮等离子体和氧等离子体的可燃性时，氧等离子体具有更高的可燃性，但这被认为是由于氧浓度增加的影响，如数值分析所示。