火炎化学論的トンネル効果の活用による新概念着火法の創出
| Project/Area Number |
22K18765
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
丸田 薫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50260451)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 寿 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (40444020)
森井 雄飛 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (50707198)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
|
|---|
| Keywords | 低温酸化反応 / 着火手法 / エンジン / 燃焼 / リーンバーン |
|---|
| Outline of Research at the Start |
一般的な着火法は、燃料の持つ大きな総括活性化エネルギー障壁を超えることを目的としており、それが着火成功に必要不可欠と考えられている。しかしここでは多種の炭化水素燃料の混合物である実用燃料中の特定燃料群が、活性化エネルギーの小さい低温酸化反応とよばれる化学反応を呈すること、低温酸化反応は燃料希薄時に強化されること等に着目する。本研究は、低温酸化反応のみを選択的に励起する、燃料希薄燃焼の格段の高効率化に資する、新原理の着火法の創出を目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
一般的な着火法は、燃料の持つ大きな総括活性化エネルギー障壁を超えることを目的としており、それが着火成功に必要不可欠と考えられている。しかしここでは多種の炭化水素燃料の混合物である実用燃料中の特定燃料群が、活性化エネルギーの小さい低温酸化反応とよばれる化学反応を呈すること、低温酸化反応は燃料希薄時に強化されること等に着目する。本研究は、低温酸化反応のみを選択的に励起する、燃料希薄燃焼の格段の高効率化に資する、新原理の着火法の創出を目指す。具体的には，総括活性化エネルギーの小さい「低温酸化反応群のみ」を選択的に誘起する新原理の着火法創出を目指す。一般的着火では燃料の持つ大きな総括活性化エネルギー障壁を超えることが必要条件と考えられている。燃料分子中、最初に反応する化学結合を切断、十分な速度で連鎖分岐反応群全体を進行するため、電気火花（アーク、即ち熱平衡プラズマ）や火炎トーチ等が現在も用いられる。ここでは予備数値計算で780K着火源によるDMEの冷炎誘起を確認していること，近年，世界的な火炎化学研究進展により示された，冷炎の化学反応を熱炎の化学反応経路に合流させうることに基づき，新たに製作する低温の着火源により着火実験を行うとともに，数値計算によるメカニズム検討も実施する．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
総括活性化エネルギーの小さい低温酸化反応群のみを選択的に誘起する、従来にない新原理の着火法の創出を目指す。従来は電気火花（非常に高温の熱平衡プラズマ）やトーチを使用することが一般的であったが、ここでは低温酸化反応のみを誘起しうる、より低温・低エネルギーの着火源を用意し実験を行う。詳細化学反応機構を含む数値計算を援用し、2種の実験装置を用いる。一方は新規に製作する内容積16ccの観察窓付矩形定容器（ステンレス製、14×14×80mm）を用いた着火実験で、423Kまでの予熱機能を持たせ、静止混合気、初期温度・圧力上昇条件を担う。他方は既設の乱流発生ファン付円筒定容器（容量25㍑）を用いた乱流着火実験装置であり、初期温度・圧力は常温、常圧とする。現在までに，正ヘプタン空気混合気，当量比0.75の条件において700K以下程度の熱源による火炎伝播の開始確認に成功しており，数値計算も援用した現象分析をすすめている．また従来の火花点火を非常に小さいエネルギーで複数回実施することによっても，大きな着火エネルギーでは着火不能であった混合気に着火可能であることを見いだし，調査を継続している.
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在までに実験的に観測された，700K以下の低温熱源による着火，および低エネルギーでの繰り返し火花点火による着火現象の実験および数値計算をすすめる．これまで予備的に実施してきた数値計算により、着火のためのエネルギー投入の時間・空間履歴が着火特性を大きく左右することが明らかになりつつあり、その知見を活用し、エネルギー投入の時・空間履歴を制御できる着火装置の設計をすすめ，より詳細な着火特性の解明へと進める．数値計算では素反応を含むDNSにより、着火源の低エネルギー化、化学反応時間との競合を考慮した解析を実施し、低温酸化反応を有効活用する反応過程を探索しその活用を図る。
|
Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
