多次元多変量光学計測と大規模DNSの融合による希薄乱流火炎の構造解明と非線形制御

结合多维多元光学测量和大规模 DNS 的稀湍流火焰的结构阐明和非线性控制

基本信息

批准号：
20676004
负责人：
店橋護
金额：
$ 54.41万
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 (S)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,乱流火炎構造と燃焼器内圧力変動の非線形な関係を利用した非線形能動制御を用いた高効率・低環境負荷燃焼器を実現するために,燃焼モニタリングセンサー,制御デバイス及び燃焼制御アルゴリズムを総合的に開発することを目的としている.この目的を達成するために,世界最先端の多次元多変量光学計測を用いて受動的に制御された乱流予混合火炎の火炎構造や乱流構造,それらと燃焼器内圧力変動及び燃焼騒音との関係を明らかにするとともに,半導体レーザ吸収分光センサーの情報と火炎構造等の関係を明らかにし,能動制御アルゴリズムの構築を行う.また,構築した制御アルゴリズムと半導体レーザ吸収分光センサー及び制御デバイスとして二次燃料噴射を用いて,乱流燃焼場の能動制御技術を確立する.平成22年度は,実験的研究では,乱流燃焼の能動制御に必要な半導体レーザ吸収分光センサーに波長変調法の一つである2f検出法を導入することでセンサーのロバスト化と高精度化を行い,種々の制御条件におけるスワール型燃焼器の燃焼既燃ガス計測と燃焼器内圧力変動の同時計測から,燃焼器内の圧力変動とセンサー出力との関係を明らかにした.さらに,受動制御を受けた乱流予混合火炎の構造及びセンサー出力特性を考慮に入れた能動制御アルゴリズムについて検討した.数値的研究では,スワール型モデル乱流燃焼器を対象とした直接数値計算(DNS)及びラージエディシミュレージョン(LES)を非燃焼条件について行い,それらの比較からLBSコードの基本的な精度を検討した.さらにDNSを希薄乱流燃焼条件に拡張するとともに,前年度までに構築したSGS乱流燃焼モデルを導入したLESコードの構築を行った

在本研究中，我们将开发燃烧监测传感器、控制装置和燃烧控制，以利用湍流火焰结构和压力波动之间的非线性关系，利用非线性主动控制来实现高效、低环境负荷的燃烧器。本研究的目的是全面开发一种算法，以实现这一目标，使用世界上最先进的多维和多变量光学测量来研究被动控制的湍流预混火焰的火焰结构和湍流。除了阐明这些因素与燃烧室压力波动和燃烧噪声之间的关系外，我们还阐明了半导体激光吸收光谱传感器的信息与火焰结构等之间的关系，并构建了主动控制算法。以算法、半导体激光吸收光谱传感器、二次燃油喷射为控制装置的湍流燃烧领域的控制技术。2010财年，我们将进行湍流燃烧主动控制的实验研究。通过将波长调制方法之一的2f检测方法引入到所需的半导体激光吸收光谱传感器中，通过同时测量燃烧器中的压力波动，明确了燃烧器中的压力波动与传感器输出之间的关系。此外，考虑被动控制的湍流预混火焰的结构和传感器输出特性，主动系统数值研究中，在非燃烧条件下对旋流模型湍流燃烧室进行了直接数值计算（DNS）和大涡模拟（LES），通过比较发现LBS代码检验了基本精度。此外，我们将 DNS 扩展到稀薄湍流燃烧条件，并构建了 LES 代码，引入了前一年建立的 SGS 湍流燃烧模型。