| Project/Area Number |
21J15810
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
KIM Ki Beom 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | Numerical simulation / Spray flame / Laminar flame speed / Markstein length |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、アセトン液滴を添加した層流予混合火炎の数値シミュレーションにより、アセトン液滴が火炎の特性に及ぼす影響を明確にするための研究である。実験による先行研究では精密な計測の難しさから、アセトン液滴の効果を十分に説明することが困難であった。数値シミュレーションでは、実験が持つ問題点である計測の正確性、再現性、結果の可視性に関する問題をほとんど解決できるという利点があり、その結果に高い信頼性が期待できる。詳細な計算のため、本研究では直接数値シミュレーション(DNS)を活用し、計算を行う。そして、計算条件を実験と同様に設定し、実験結果との比較を行うと共に実験では難しい詳細な解析を行う研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
●採用終了までの研究実施状況
昨年度の研究の継続として、アセトンの状態（完全に気化したアセトン/アセトン液滴）が火炎に及ぼす影響について2次元直接数値シミュレーションを行い、考察した。これまでのコードは流入する燃料液滴量に問題があったが、これを修正することで理論値と整合する当量比を実現した。こうして得られた計算結果における火炎の燃焼速度と火炎伸長率の関係から、アセトン液滴の蒸発による局所的、経時的な燃料混合気の組成の変化および局所当量比と蒸発率が、火炎の特性に影響を及ぼす大きな要素であることを明らかにした。また、Markstein 長さの数値計算結果から各条件（異なる当量比と液滴直径）で質量拡散と熱拡散のいずれが優位であるかを明らかにした。さらに、壁面条件（等温壁/断熱壁）による壁面からの熱損失が火炎に及ぼす影響を、燃焼速度と火炎伸長率の関係、火炎（最高）温度および液滴の蒸発率に着目して議論した。しかしながら、火炎が定常状態に達した後も液滴の蒸発によって混合気の局所組成や蒸発率に激しい変動が続き、詳細な議論には至っていない。また、高温・高圧条件下でのアンモニア-水素混焼に関する数値計算を行った。しかし、この高温・高圧条件での計算は、予想以上の計算負荷に計画が遅延し、十分なデータを得ることができなかった。
●研究意義
液滴径分布の現実的な液滴噴射を再現した。燃料液滴の蒸発が火炎に及ぼす影響を様々な観点から定量的に比較、解析することが可能となり、液滴が火炎に及ぼす影響を明らかにした。また、この解析方法および計算モデルを様々な燃焼条件での噴霧燃焼シミュレーションに応用することができた。
●研究の重要性
本研究で構築した燃焼モデルは、燃焼反応に関わる各パラメータ(燃料、圧力、温度、噴霧速度等)についての応用研究に適用可能であり、燃焼器のさらなる高効率化及び有害物質の低減に寄与するものである。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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