ガスタービンにおける液体燃料の微粒化机构を解明し数... | プレスリリース?研究成果

ガスタービンにおける液体燃料の微粒化機構を解明し数理モデルを開発 - CO2?NOX排出量をさらに減らす次世代燃焼器開発での利用に期待 -

2024年4月25日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇流体科学研究所　助教　大岛逸平

【発表のポイント】

燃料喷射弁から喷射された燃料液膜の破断?分裂は、液滴の衝突により生じることを発见しました。
燃料液膜が振动?変形し、破断して大小様々な液滴になる过程（微粒化机构）を明らかにしました。
开発した微粒化数理モデルに喷射弁の形状?寸法と燃料?空気の流速?物性値を入力すれば、実験データに基づくチューニング无しで燃料喷雾の粒径分布を予测できるフレームワークを构筑しました。
本研究は経験则的研究开発からの脱却への一歩であり、マルチスケールの复雑な気液二相流现象の根源的理解に肉薄する新しい取り组みです。

【概要】

航空机や発电机用ガスタービンの燃焼器の设计には、燃料喷雾の粒径や空间分散の予测が不可欠です。これまでは実験経験则に基づく推算式しかなく、复雑な微粒化过程の物理机构に基づく汎用的な喷雾粒径分布の予测手法はありませんでした。2050年カーボンニュートラルの実现へ向けたさらなる二酸化炭素（颁翱₂）排出量削减には、燃料喷雾の粒径や空间分散を予测できる汎用的な技术を开発し、燃焼器の设计に生かす必要があります。

东北大学流体科学研究所の大岛逸平助教、神戸大学海事科学研究科の宋明良教授らの研究グループは、ガスタービンの燃焼器で用いられる気流式液膜喷射弁に注目し、喷射される燃料液膜の微粒化过程の解明とモデル化を推进してきました。

その结果、気流により振动?変形する液膜の破断が、従来考えられていた気流の乱れや分子间力ではなく、高速膨张する液膜が浮游する液滴に衝突して生じることを発见しました。また高速度カメラやレーザー计测装置を巧みに使った実験により、液膜が大小様々な液滴群に微粒化する过程を数理モデル化し、物理机构に基づいた燃料液滴径分布の予测モデルを构筑しました。

本成果は経験則的設計開発から脱却する最初の一歩であり、4月24日（現地時間付け）で流体力学の専門誌Journal of Fluid Mechanics に掲載されました。