高圧パルス噴霧燃焼による超低ＮＯＸ燃焼技術の確立

高压脉冲喷雾燃烧超低NOx燃烧技术的建立

• 批准号: 15J04680
• 负责人: 横井 智記
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04680/
• 关键词: 流体計算; 燃焼計算; NOX; Flamlet approach; Flamelet approach; 噴霧燃焼; 燃焼実験

ボイラなどの定置型燃焼器におけるNOX排出は，国内の総排出量の約4割を占めるため低減しなければならない．既往の定置型燃焼器で使用されている定常噴霧燃焼では燃料濃度の空間的な偏りが現れる．高圧パルス噴霧燃焼では噴射圧力，噴射間隔および噴射時間の制御による燃料の断続噴射により，定常噴霧燃焼と比較して燃料の分散を高度に制御可能である．本研究のこれまでの成果により，高圧パルス噴霧燃焼を行うことにより，一般的な噴霧燃焼手法と比較してNOX排出量を低減可能であることがわかった．また，層流パルス噴流におけるNOX低減メカニズムが明らかになった．そこで，今年度は，高圧パルス噴霧燃焼の数値解析を行うことによって，高圧パルス噴霧燃焼におけるNOX低減メカニズムの解明に取り組んだ．燃焼反応解析においては，詳細な化学反応を考慮可能かつ乱流解析と連成可能なFlamelet generated manifolsモデルを導入した．数値解析結果によって噴射間隔の増加および噴射速度の増加にともないEINOが減少することを示された．まず，噴射間隔について，噴射停止期間中に既燃ガスが未燃ガスと混合し，既燃ガス中のNOが還元されることが重要であることを示唆した．次に，噴射速度について，噴射速度の増加にともない乱流強度を増大し，乱流拡散により既燃ガスと未燃ガスとの混合が促進されることおよび高温の反応領域が早期に少なくなることにより，NOが低減することを示唆した．

必须减少固定燃烧器中的NOx排放，因为它们占国内排放总量的40％。以前固定燃烧器中使用的稳态喷雾燃烧会产生燃料浓度的空间偏置。在高压脉冲喷雾燃烧中，与稳态喷雾燃烧相比，通过控制注射压力，注入间隔和注射时间，可以高度控制燃料的燃料。这项研究的结果表明，与一般喷雾燃烧方法相比，高压脉冲喷雾燃烧可以减少NOX排放。此外，已经阐明了层流脉冲射流的NOx还原机制。因此，今年，我们致力于通过对高压脉冲喷雾燃烧的数值分析来阐明高压脉冲喷雾燃烧的NOx还原机制。在燃烧反应分析中，我们引入了一个燃烧的是否其生成的是否身，该模型允许考虑详细的化学反应，并且可以与湍流分析相结合。数值分析结果表明，EINO随着注射间隔和注射速度的增加而降低。首先，关于注入间隔，建议在注射停止期间将燃烧的气体与未燃烧的气体混合在一起很重要，并且燃烧的气体中没有减少燃烧的气体。接下来，随着注入速度的增加，注射速度的提高，表明通过增加湍流强度减少了NO，而湍流的扩散会促进燃烧气体和未燃烧气体的混合，并减少较早的高温反应区域的数量。

项目成果

Large Eddy Simulationによる高圧パルス噴霧の分裂および蒸発特性に関する検討

大涡模拟高压脉冲喷雾破碎与蒸发特性研究

• 发表时间: 2016
• 作者: 菅原翔太;横井智記;齋藤泰洋;松下洋介;青木秀之
• 通讯作者: 青木秀之

Flamelet/progress-variableモデルを利用した対向流拡散火炎中のNO生成量の予測

使用火焰/进度变量模型预测逆流扩散火焰中 NO 的产生

• 发表时间: 2016
• 作者: S. Yokoi;S. Mikami;Y. Matsukawa;Y. Saito;Y. Matsushita;H. Aoki;W Malalasekera;竇新光;竇新光;横井智記，松川嘉也，齋藤泰洋，松下洋介，青木秀之， Weeratunge Malalasekera
• 通讯作者: 横井智記，松川嘉也，齋藤泰洋，松下洋介，青木秀之， Weeratunge Malalasekera

A Modified Boundary Condition of Velocity for Continuity Equation with Non-uniform Density Distribution at Outlet Boundary Plane

出口边界面非均匀密度分布连续性方程的修正速度边界条件

• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of Chemical Engineering of Japan
• 影响因子: 0.8
• 作者: Yokoi;Satoki;Matsukawa;Yoshiya;Saito;Yasuhiro;Matsushita;Yohsuke;Aoki;Hideyuki;Malalasekera;Weeratunge
• 通讯作者: Weeratunge

Improvement of the Prediction Accuracy of NO Emissions in Counter-Flow Diffusion Flames on Using NO Mass Fraction as a Progress Variable

以NO质量分数为进度变量提高逆流扩散火焰NO排放预测精度

• 发表时间: 2017
• 作者: S. Yokoi;S. Mikami;Y. Matsukawa;Y. Saito;Y. Matsushita;H. Aoki;W Malalasekera
• 通讯作者: W Malalasekera

An Approximate Method for the Computation of Wall Temperature Using Thermal Equilibrium and Fluid Temperatures from the Enthalpy and Mole Fraction

利用热平衡和流体温度从焓和摩尔分数计算壁温的近似方法

• DOI: 10.1252/jcej.16we176
• 发表时间: 2017
• 期刊: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN
• 影响因子: 0.8
• 作者: Yohsuke Matsushita;Shota Akaotsu;Satoki Yokoi;Yasuhiro Saito and Hideyuki Aoki
• 通讯作者: Yasuhiro Saito and Hideyuki Aoki