タイトル（掲載誌）航空宇宙技術研究所報告 = Technical Report of National Aerospace Laboratory TR-1237T
一般注記層流燃焼におけるNOxの生成機構はほぼ明らかにされているが,乱流燃焼の場合に同一の機構でNOxが生成されているのかはまだ明かではない。とくに,航空用エンジンの燃焼器に代表される高負荷燃焼では,乱れが強いので,この場合の乱流がNOx生成にどのような影響を与えるかは,実用上も極めて興味深い。従来の研究において,衝突噴流による強い乱れはNOx低減に著しい効果があるとされている。しかし,それらの研究では,燃焼器からの熱損失による燃焼場の温度降下がNOxの減少に寄与するため,乱れの影響は不明のままである。本研究においては,燃焼場からの熱損失をできるだけ小さくするため,セラミックスを材料として二重構造の衝突噴流燃焼器を製作した。メタンを燃料とし,乱流の強さ,未燃混合気の当量比(0.5～1.0)および燃焼負荷(1.23～4.94kg/m3s)を変化させて燃焼を行い,排気中の成分の濃度と燃焼ガスの温度を測定し,NOx生成に及ぼす乱流の効果を調べた。また,NOxの生成レートの実測値をZeldovich機構による計算値と比較して検討した。その結果,NOxの生成レートは,乱れの強さによらず,燃焼ガスの温度だけで決まることが分かった。このことから,従来の定容燃焼器における激しい衝突によるNOx生成量の減少は燃焼場の熱損失と温度場の一様化により生じたことが示唆される。また,特に希薄な条件を除けば,測定されたNOx濃度は滞留時間に比例することから,この乱流火炎において生成されたNOxは,thermal NOxであることが分かる。さらに,NOxの生成レートの実測値は同条件での計算値より一桁大きいことが分かった。
NOx formation in the turbulent combustion of premixed methane/air mixtures in an impinging jet combustor with minimum heat losses was investigated. Experiments were carried out at atmospheric pressure and an inlet temperature of 323K. Equivalence ratios ranged from 0.5 to 1.0 while mass loadings of the combustor ranged from 1.23 to 4.94 kg/m3s, where the mass loading is defined as the mass flow rate of mixture per combustor volume. Impingement of jets of the mixtures produced a turbulent flow field in a spherical ceramic shell placed in a cubic ceramic chamber for minimizing heat losses from the combustion field to the ambient. The NOx formation rates were predicted using the Zeldovich mechanism and were compared with the measurements. It was found that the level of NOx produced in the turbulent flame is proportional to the residence time except for very fuel-lean conditions, which suggests that NOx was formed via the “thermal NOx mechanism”rather than the“prompt NOx mechanism”. Changes in turbulence level did not affect the NOx formation rate. Significant reduction of NOx emissions observed in previous studies of impinging jet combustion in a closed chamber may have been caused by increased heat losses and elimination of spatial temperature gradient in the burnt gas, rather than the intense mixing caused by impingement jets. The NOx formation rates predicted by the Zeldovich mechanism were lower than those measured in the turbulent flame by approximately an order of magnitude, particularly under fuel-lean conditions.
資料番号: NALTR1237000
レポート番号: NAL TR-1237T
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連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）
提供元機関・データベース宇宙航空研究開発機構 : 宇宙航空研究開発機構リポジトリ