報告書番号

W00002

タイトル（和文）

シャドウドップラ流速計による微粉炭火炎内の粒子速度と粒径の同時計測

タイトル（英文）

Simultaneous measurement of particle velocity and size on pulverized coal flame by Shadow Doppler Velocimetry

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

微粉炭火炎内の粒子挙動の解明は、微粉炭火炎のモデリング技術の高度化や燃焼装置ならびに低NOxバーナ等の開発を効率化する上で極めて重要である。微粉炭火炎は高温の乱流場であるため、これまでは、粒子の挙動を燃焼場を乱すことなく測定することは困難であった。しかしながら、近年のレーザ分光学の進展により、粒子挙動を非接触で計測することが可能になってきた。本研究においては、レーザドップラ流速計(LDV)による粒子速度の計測およびシャドウドップラ流速計(SDV)による粒子速度と粒子形状の同時計測を行い、粒子挙動の詳細な検討を行った。計測は、小型の微粉炭火炎を対象にして行い、比較対象として微粉炭の非燃焼場についても計測を実施した。その結果、粒径の差異による粒子挙動の違いや、微粉炭粒子が流れ場に及ぼす影響などを明らかにした。燃焼時には非燃焼時に比べ、温度上昇によるガス密度の低下により気流の乱れが抑制される影響を受け、粒子速度の変動値が小さくなることがわかった。また、燃焼時の微粉炭粒子の粒径は、燃焼の進行に伴い増加する傾向が見られ、粒子の形状にも、非燃焼時と燃焼時では若干の差が見られた。

概要 （英文）

In a pulverized coal combustion, the behavior of coal particles in the near-burner zone is one of the most important factors for NOx formation process and carbon burnout. It was very difficult to measure the behavior of the coal particles by use of conventional methods because the flow field of the coal flame is very complicated and the maximum temperature of the flame reaches about 1700 K. Recently, Laser diagnostic tecnique which allow non-invasive measurements of particle behavior have become of major interest. In this study, the velocity and shape of particles in a laboratory-scale pulverized coal combustion flame were simultaneously measured by Shadow Doppler Velocimetry (SDV) which has the advantage over other Laser-based sizing methods for arbitrary shaped particles. In order to provide a better understanding of particle behavior in a pulverized coal combustion, the measurements of velocity and shape of coal particles by SDV were first performed in an isothermal noncombustion condition. Furthermore, the measurements of particle velocity by Laser Doppler Velocimetry (LDV) were carried out both in a pulverized coal combustion flame and in an isothermal noncombution condition. The LDV was also used to measure the air flow velocity in an isothermal noncombustion condition. On a noncombustion condition, mean velocity of large particles is larger than air flow mean velocity and the particle rms velocity is smaller than air flow rms velocity due to the inertia force of particles. As the rms velocity of combustion gases is considered to be smaller than that of noncombustion air flow, the particle rms velocity in a coal combustion flame is smaller than that in a noncombustion condition. The particle size in a coal combustion flame gradually increases with an increase of the distance from the burner. There are slight differnces in particle shape between a coal combustion flame and a noncombustion condition.

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