不均一燃焼（多孔質媒体での燃焼とも呼ばれる）は、固相と気相が相互作用して反応物をエネルギーポテンシャルの低い生成物に完全に移行させる燃焼の一種です。このタイプの燃焼では、高表面積の固体が反応する気体流に浸漬され、追加の流体相が存在する場合と存在しない場合があります。化学反応と熱伝達は各相上および両相間で局所的に発生します。不均一燃焼は、いずれかの相に個別に焦点を当てるのではなく、両方を同時に調べる点で触媒とは異なります。炭化ケイ素（SiC）などの一部の材料では、表面に形成される酸化物層（SiOおよびSiO 2）により、気相から固体への水蒸気の吸着が可能になり、分圧が低下します。[1] この燃焼モードでは、燃焼副産物から放出された熱が対流によって固相に移動され、伝導と放射の両方によって熱が上流に伝導されます（気相内の逆対流とともに）。その後、熱は対流によって未燃焼の反応物に伝達されます。[2]
アプリケーション
文献には、この燃焼プロセスが熱を再循環させる独特の方法に由来する不均一燃焼の応用例が数多く記載されています。これらの装置は、単独の装置として、または他のエネルギー変換手段と組み合わせて高効率な熱電併給（CHP）用途に利用することができます。例えば、燃焼室との放射熱交換と対流熱交換の両方による発電は、多段階加熱プロセスにおける有機ランキンサイクル[1]、または光起電力および熱イオン発電機による放射放出のみを利用することで実現できます。[1] 不均一燃焼器は、小規模加熱用途[3]や揮発性有機化合物（VOC）の酸化剤として利用することができます。[4]また、不均一燃焼は、化学製造工場や油井のガスフレアで使用するために、複数の噴射段と直列または並列に組み合わせることもできます。[1]
炎の構造
多孔質媒体を含む燃焼室内の環境構造は、以下のように想定できる。火炎前面の表面より手前には、δ pで示される予熱領域が存在する。予熱長さは、多孔質固体の始まりで示され、ここで気相への顕著な熱伝達が発生し、固体と気相が平衡温度に達した時点で終了する。化学熱放出領域である炎は、その厚さが δ Lで与えられ、予熱領域の後に存在し、その長さは質量流束、表面特性、および当量比に依存する。炎の先では化学熱放出が最小限に抑えられ、そこでは熱が燃焼後ガスから固体へ対流によって伝達される。その後、熱は固体構造を伝わり、炎の上流へと放射される。予熱領域内では、熱は再び固体構造から気体へ対流によって伝達される。[5]
多孔質マトリックス内の炎の構造は、X線吸収を利用して画像化されている。[6]気相内の温度を評価するために、反応混合物は、X線吸収係数の大きい不活性ガスであるクリプトンで希釈された。[7]
参考文献
- ^ abcd テラッチャーノ, アンソニー (2016). 「液体および気体燃料の燃焼による効率的な熱生成のための多孔質不均質燃焼器の設計と開発」. Applied Energy . 179 (1): 228– 236. doi :10.1016/S0082-0784(81)80052-5.
- ^ 竹野忠雄 (1981). 「液体および気体燃料の燃焼による効率的な熱生成のための多孔質不均質燃焼器の設計と開発」.応用エネルギー. 18 (1): 465–72 . doi :10.1016/j.apenergy.2016.06.128.
- ^ Babkin, V (2010). 「浸透ガス燃焼」.応用エネルギー. 87 (7): 2148– 2155. doi :10.1016/j.apenergy.2009.11.010.
- ^ Avdic, F (1987). 「浸透ガス燃焼」.燃焼・爆発・衝撃波. 23 (5): 531– 547. Bibcode :1987CESW...23..531B. doi :10.1007/BF00756535. S2CID 95758151.
- ^ abc Terracciano, Anthony Carmine (2014). リーンバーン用途向け不均一燃焼システムの設計と開発(PDF) (MSME). セントラルフロリダ大学.
- ^ Dunnmon, Jared; Sobhani, Sadaf; Wu, Meng; Fahrig, Rebecca; Ihme, Matthias (2017). 「X線コンピュータ断層撮影による多孔質媒体燃焼における内部炎構造の調査」. Proceedings of the Combustion Institute . 36 (3): 4399– 4408. Bibcode :2017PComI..36.4399D. doi :10.1016/j.proci.2016.06.188.
- ^ Boigné, Emeric; Muhunthan, Priyanka; Mohaddes, Danyal; Wang, Qing; Sobhani, Sadaf; Hinshaw, Waldo; Ihme, Matthias (2019). 「層流予混合炎の炎構造解析のためのX線コンピュータ断層撮影」. Combustion and Flame . 200 : 142–154 . Bibcode :2019CoFl..200..142B. doi :10.1016/j.combustflame.2018.11.015. PMC 6278941. PMID 30532316 .
