レーザ複合計測とDNSによる希薄乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造の解明

利用激光测量和 DNS 组合阐明稀湍流预混火焰的微观结构

基本信息

批准号：
16686011
负责人：
店橋護
金额：
$ 16.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の地球・都市環境問題を解決するには,高効率・低環境負荷燃焼器を開発する必要がある.NOx排出量の低減には,希薄予混合燃焼を採用することが有効な解決策と考えられているが,希薄予混合火炎では火炎の不安定性や振動燃焼等が生じるため,これらを制御することが必要不可欠である.本研究では,詳細化学反応機構を用いた直接数値計算(DNS)及び粒子画像流速計(PIV)と平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)を組み合わせたレーザ複合計測を用いて希薄乱流予混合火炎の構造を明らかにし,それらに基づく希薄乱流予混合火炎の保炎手法と振動燃焼制御法を構築することを目的としている.平成18年度は前年度に引き続いて希薄乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造の解明とモデル化に重点を置いて研究を進めるとともに,振動燃焼及び燃焼騒音の発生機構と希薄乱流予混合火炎のマイクロ・スケール構造との関係を明らかにした.数値的研究では,前年度までに行った水素・空気乱流予混合火炎の三次元DNS結果を詳細に解析し,これらの結果から局所火炎構造に対する火炎面の曲率や火炎面に作用する接線方向歪み速度の効果が希薄条件では異なることを明らかにした.また,希薄乱流予混合火炎におけるSGS燃焼モデルの検証と開発を行った.実験的研究では,PIVとPLIFを組み合わせた速度と濃度の同時計測を行い,燃焼騒音特性と局所火炎構造の関係を明らかにした.前年度までの二次元断面における計測を複数断面に拡張し,各断面におけるPLIFにより得られた中間生成物の濃度分布から火炎面の存在確率を算出し,乱流火炎の複雑な三次元構造を再構築する方法を開発した.得られた三次元火炎構造から,二次燃料噴射は再循環領域における高温流体の時間・空間的変動及び火炎帯における火炎面の時間・空間的変動を抑制し,その結果燃焼騒音が低減されることを明らかにした.

为了解决最近的全球环境和城市环境问题，有必要发展高效，低环境负载燃烧室。为了减少NOx排放，瘦肉预混合被认为是有效的解决方案，但是由于瘦的预热火焰会导致火焰不稳定性和振动燃烧，因此必须控制这些燃烧。在这项研究中，使用了使用详细的化学反应机理，颗粒图像流量计（PIV）和平面激光诱导的荧光（PLIF）的直接数值计算（DNS）。 The purpose of this study is to clarify the structure of lean turbulent premixed flames using combined laser composite measurements, and to construct a flame-holding method for lean turbulent premixed flames and a vibrational combustion control method based on them.FY2006 focused on elucidating and modeling the micro-scale structure of lean turbulent premixed flames, and to clarify the relationship between the mechanism of vibrational combustion and combustion噪声产生和瘦湍流预热火焰的微尺度结构。该研究详细分析了前一年进行的氢和空气湍流预混合火焰的三维DNS结果，并揭示了局部火焰结构的影响以及作用于火焰表面的切向应变速率在瘦条件下有所不同。此外，SGS燃烧模型得到了验证并在瘦的湍流预防火焰中开发。在实验研究中，进行了速度和浓度与PIV和PLIF结合的同时测量，以确定燃烧噪声特征与局部火焰结构之间的关系。结果揭示了。将前一年的二维横截面中的测量扩展到多个横截面，并根据PLIF在每个横截面中获得的中间产物的浓度分布计算出存在火焰表面的概率，并开发了一种方法来重构湍流火焰的复杂三维结构。从获得的三维火焰结构中，据显示，次级燃料注入抑制了再循环区域中高温流体的时间和空间变化，以及火焰区域中火焰表面的时间和空间变化，从而导致燃烧噪声减少。