研究成果の詳細例
高温高圧乱流燃焼
ジェットエンジンや発電用プラントに、ガスタービンが広く用いられています。ガスタービンでは圧縮器によって圧縮された空気に燃料を投入して燃焼させ、膨張した燃焼ガスでタービンを回すことにより動力を取り出します。そのため、ガスタービン内では高圧・高温の非常に乱れた流れの中で燃焼を安定させる必要があり、高温高圧下の乱流燃焼に関する知見が必要となります。
近年は、燃焼効率の向上やNOxなどの環境負荷物質の低減を目指して、ガソリンエンジンにも採用されている燃焼ガス再循環(EGR)技術に注目し、高温高圧下の乱流火炎に燃焼ガスの主要成分であるH2OやCO2を希釈する実験を行っています。
この研究では、高圧に維持された状況下で高温の乱れた混合気を供給し、長時間火炎を保持することのできる独自の実験装置を用いて、高温高圧環境における乱流予混合火炎を作り出しています。そして、レーザー計測による可視化手法を利用することにより、火炎の瞬間的な画像を撮影し、直接見ただけでは判断することのできない、乱流火炎の瞬間的な微細構造を観測することができます。また、高温高圧下の燃焼ガスを連続的に採取してCO・NOx濃度の計測を行うと共に、数値計算を用いてCO・NOx生成メカニズムの解析も行っています。
可視化手法を用いて得られた火炎の瞬時画像からは様々な情報を得ることができます。
近年では、燃焼ガス再循環による乱流燃焼速度や火炎領域内の構造の変化についての考察を行いました。さらに、燃焼ガス分析により燃焼ガス再循環のCO・NOx排出低減効果についても検証を行いました。
この研究を通じて高温高圧下における火炎の燃焼メカニズムが明らかにされることで、ガスタービンをはじめとした、高温高圧条件を要する燃焼器の高効率化・低排出化への貢献が期待されます。
