【目的】エネルギーと環境の問題がますます深刻になる中、水素燃料は世界各国で大きな注目を集めている。水素は広範な供給源を持ち、微混合燃焼技術と組み合わせることで、無炭素および低窒素排出の燃焼を実現できる。微混合燃焼器が安定した低公害燃焼を実現できるかどうかは、燃料と空気の混合特性およびそれに基づく燃焼特性に依存しているため、微混合燃焼器の混合特性の研究が非常に重要である。【方法】自社設計の単段微混合燃焼器を基に、数値シミュレーションを用いて該単段微混合燃焼器内の混合および流動特性を研究し、その作動原理を探求した。また、低出力時における異なるオフセット距離、混合距離、空気孔形状および運動量流束比が対流場構造および混合特性に及ぼす影響を検討した。【結果】数値シミュレーションの結果、オフセット距離と混合距離を増加させることにより混合均一性が向上することが示された。オフセット距離の増加に伴い、混合に対する当量比の影響が次第に大きくなり、当量比の増加は内部渦の合体を加速し、外部渦の収縮渦流強度が増加する；混合距離が一定の長さに達すると均一性指数の増加速度は次第に緩やかになり、同時に水素が激しく拡散し、混合域内での十分な混合の制御が困難になる；燃料ジェットの深さが低い場合、高さ幅比および上下面積比が小さい空気孔の混合効果が良好であり、低当量比時には三角形空気孔の内部渦が燃料に強い吸引作用を及ぼす；混合均一性は運動量流束比と渦流強度の共同作用の結果であり、小尺度の横流ではジェットの運動量流束比の影響が渦流強度より顕著であり、同じ運動量流束比の場合、空気孔が小さい方が混合効果が良い。運動量流束比の増加に伴い、燃料分布は半円形から水滴形、そして馬蹄形へと変化する傾向を示す。【結論】本研究結果は微型ガスタービンにおける微混合燃焼技術の最適設計と応用に参考価値がある。

マイクロガスタービン;単段微混合燃焼器;流動特性;混合特性;均一性指数