乱流予混合火炎の壁面近傍挙動の解明と表面反応モデルの構築

Research Project

Project/Area Number	23246036
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Research Field	Thermal engineering
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	宮内敏雄東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50016664)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	福島直哉東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特任助教 (80585240) 志村祐康東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (30581673)
Project Period (FY)	2011
Project Status	Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help	¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000) Fiscal Year 2011: ¥21,970,000 (Direct Cost: ¥16,900,000、Indirect Cost: ¥5,070,000)
Keywords	熱工学 / 流体工学 / 環境技術 / 二酸化炭素排出削減 / エネルギー効率化 / 乱流予混合火炎 / 多次元複合光学計測 / 直接数値計算
Research Abstract	多くの実用燃焼器内の流れは,高レイノルズ数乱流燃焼状態にあり,乱流火炎と壁面の干渉が燃焼器全体の熱効率を支配している,火炎と壁面の干渉は,火炎が壁面に平行に衝突するHead on quenching(HOQ)と火炎が壁面に対して垂直に伝播するSide wall quenching(SWQ)に分類されるが,実用燃焼器で用いられている乱流火炎では,これらが混在しており,火炎と壁面の複雑な干渉が生じている.本研究では,詳細化学反応機構を考慮に入れた超並列GPUクラウドによる直接数値計算(DNS)及び高解像度時系列粒子画像速度計(PIV)とOHラジカル及びCHラジカルの高時間分解能平面レーザ誘起蛍光法(PLIF)等を組み合わせた多次元複合光学計測を用いて,燃焼室壁面での表面反応モデルを構築し,乱流予混合火炎と壁面の干渉機構を明らかにすることを目的としている.本年度は,高精度表面反応モデルの構築,乱流火炎の壁面近傍挙動と壁面熱損失特性及びそれらに対する燃料種,当量比,壁温及び乱流特性の影響の解明に重きをおいて研究を行う計画であった.表面反応モデルについては,層流条件での光学計測とDNSを比較検討することで,最適なモデル構築を行い,構築された表面反応モデルを用いて自動車エンジンを模擬した定容容器内乱流予混合燃焼のDNS及び複合光学計測を行うことで,乱流火炎の壁面近傍挙動と壁面熱損失特性を明らかにする予定であった.本年度1年間で,上述の高精度表面反応モデルの構築,乱流火炎の壁面近傍挙動と壁面熱損失特性及びそれらに対する燃料種,当量比,壁温及び乱流特性の影響の解明する予定であったが,研究期間が約1ヶ月に短縮されながらも,閉空間内の乱流予混合火炎の壁面近傍挙動と壁面熱損失特性を明らかにし,国際学会にて発表おこなうとともに,本研究に必要な情報収集を行った.