Quantitative estimation of onset condition for combustion insatiability of NH3 premixed flame in a combustion tube

燃烧管内NH3预混火焰燃烧不饱和起始条件的定量估算

基本信息

批准号：
22H01408
负责人：
藤田修
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

NH3平面火炎の圧力変動に対する伝播速度および燃焼発光強度の応答の実験的検討：NH3を燃料とする実験システムを構築した。燃料をNH3へ転換するために装置全体に腐食対策を施し継続的な実験を可能とした。また、本年度は高速度カメラを新規に導入し、従来の全体像撮影に加えて火炎伝播面に現れる詳細な火炎構造の時々刻々の変化を側面および正面（合計３方向）から同時に高速度撮影可能にした。火炎正面からの撮影に関しては、NH3火炎に特有の活性化学種（NH2）およびOHラジカル発光現象を限定された条件ではあるが同時取得を実現した。次に、本実験システム用いてNH3火炎の燃焼振動発現の限界条件を取得した。これらの実験から、NH3を燃料とした場合の二次不安定発生時に現れる規則的セル構造を克明に撮影することに成功した他、不安定性が発現する燃焼速度はNH3の方がCH4より小さくなることがわかった。火炎面のセル構造についてはその波数や発光強度の時間変化を求めることができた。火炎の初期変形がNH3火炎の不安定性発現に及ぼす影響：不安定現象の発現には、火炎の初期形状が影響することを踏まえ、着火直後に形成される火炎の変形がその後の不安定性発現におよぼす影響を検討した。特に特定の条件で不安定性発現の有無がばらつくことが見出され、初期変形の違いとの関連性について検討を開始した。化学反応解析による化学種濃度分布と燃焼振動の関連性考察：近年開発が進んでいるNH3の反応機構を取り込んだ平面火炎の詳細構造を数値解析により取得した。また、実験で得られる平面火炎の伝播速度と計算による燃焼速度の比較を行い、燃料希薄条件で若干の違いはあるもののその両者が良く一致するという結果を得た。NH3火炎の燃焼振動発現機構に関する理論検討：既存理論に基づく不安定ダイアグラムを求め、実験で取得したセル構造の波数や不安定限界との比較を行った。

对NH3平面火焰中繁殖速度和燃烧发射强度对压力波动的反应的实验研究：构建了使用NH3作为燃料的实验系统。为了将燃料转换为NH3，用预防腐蚀的措施处理了整个设备，从而可以进行连续实验。此外，今年还引入了新的高速摄像头，除了传统的整体图片拍摄外，还可以同时进行高速摄影，此外，在火焰传播表面上出现的详细火焰结构还可以同时从侧面和前部拍摄（总计三个方向）。关于从火焰前部拍摄的，同时获得了活性化学物种（NH2），NH3火焰（NH2）（NH2）和OH自由基发光现象（尽管在有限的条件下）。接下来，使用此实验系统获得了NH3火焰中燃烧振动的限制条件。这些实验已经成功地拍摄了当使用NH3用作燃料时发生二次不稳定性时出现的常规细胞结构，并且发现NH3的燃烧速率比发生不稳定性的CH4较小。可以确定火焰表面细胞结构的波数和发射强度的时间变化。初始火焰变形对NH3火焰不稳定性的影响：考虑到初始火焰形状会影响不稳定现象，我们研究了点火后立即形成的火焰变形对随后不稳定发展的影响。特别是，发现在某些条件下发生不稳定性的存在或不存在，我们开始研究与初始变形的差异的关系。考虑到化学物种浓度分布与化学反应分析燃烧振动之间的关系：近年来已经开发的平面火焰的详细结构是通过数值分析获得的。此外，将实验中获得的平面火焰的传播速度与计算的燃烧速度进行了比较，尽管燃料稀疏条件的差异略有差异，但两者的匹配良好。关于NH3火焰中燃烧振动机制的理论研究：基于现有理论的不稳定图，并与实验中获得的细胞结构的波数和不稳定性限制进行了比较。