Ignition and combustion mechanism elucidation and modeling of combustion gases ejected from the pre-chamber in gas engines
| Project/Area Number |
20K04940
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 燃焼 / 熱機関 / 分光計測 / 燃焼CFD / 副室式ガスエンジン / 服室式ガスエンジン / ガスジェット着火 / 高速度可視化 / 点火プラグ近傍燃料濃度 / 3次元CFD |
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| Outline of Research at the Start |
二酸化炭素の排出削減の観点から，熱機関にはさらなる熱効率向上が求められている．燃焼室に主体となる主室とは別に副室を形成する副室式では希薄運転が可能と考えられるが，副室内のガス燃料と空気の混合比が重要となる．副室内のガス燃料と空気の混合比がどのように希薄熱機関の着火安定性に影響を与えているのかが学術的問いである．副室内点火プラグ近傍燃料～空気混合気計測結果を基に圧縮膨張装置における副室燃焼ガスジェットの可視化および3次元CFDシミュレーションによるモデルの高度化および解析結果より，副室内混合気への着火特性および副室から噴出される燃焼ガスジェットの燃焼メカニズムの解明に迫りたい．
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| Outline of Final Research Achievements |
Based on the results of fuel/air mixture measurements near the spark plug inside the pre-chamber, the ignition characteristics and the combustion mechanism of burned gas jet from the pre-chamber inside the main chamber were investigated with a high-speed visualization and analyzed by 3-D CFD using Large Eddy Simulation (LES) turbulent model with the detailed chemical kinetics. SIBS measurements around the spark plug inside the pre-chamber gas engine showed that the combustion gas jet is ejected earliest under the stoichiometric mixture around the spark plug, and therefore the combustion timing inside the main chamber becomes earlier. The numerical analysis method combining LES and detailed chemical reaction mechanisms was used to analyze the flame structure of the burned gas jet from the pre-chamber using the chemical species including intermediate products.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
熱機関においては，天然ガス，バイオガス，水素などのガス燃料の利用はますます盛んになると考えている．このようなガスを主燃料とする種々の中・小型熱機関における熱効率向上のための基礎研究としての高い雰囲気圧力・温度におけるガス燃料の着火・燃焼メカニズムの詳細な把握が必要である．熱効率向上のためには，着火・燃焼という観点からは，どのような燃焼形態が最適であるかを見極める必要がある．いままで詳細なメカニズムが不明であった副室式ガスエンジンにおける副室内混合気への着火特性および副室から噴出される燃焼ガスジェット流の形成過程を明らかにし，モデル化することが本研究の目的である．
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Report
(4 results)
Research Products
(6 results)
