1995 Fiscal Year Annual Research Report
光学測定による噴霧燃料の燃焼機構の解明とそのモデリングに関する研究
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06302038
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水谷 幸夫 大阪大学, 工学部, 教授 (80028993)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富山 明男 神戸大学, 工学部, 助教授 (30211402)
池田 裕二 神戸大学, 機器分析センター, 助教授 (10212789)
中島 健 神戸大学, 工学部, 教授 (30031090)
赤松 史光 大阪大学, 工学部, 助手 (10231812)
香月 正司 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029292)
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| Keywords | 噴霧燃焼 / 混和流 / 油滴群燃焼 / フェーズドップラー流速計(PDA) / 粒子追跡法 / 誤差評価 / 高データレート測定 / 粒径別データ |
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| Research Abstract |
担当:水谷幸夫,赤松史光 課題:液体燃料噴霧の油滴群燃焼挙動の解明
予混合噴霧を環状の水素拡散パイロットバ-ナで保炎し,OH,CH,油滴ミ-散乱光の3信号に,PDAによる油滴の粒径と速度の信号を追加し,計5信号の同時時系列データを測定し,実験データから推算される油滴クラスターの群燃焼数をChiuらの理論解析に当てはめると,観察される平均的な燃焼状態と合致する結果が得られることが明らかとなった.
担当:香月正司,中部主敬 課題:統計的乱流拡散を考慮した噴霧燃焼モデル
気相の流れ場の解析の際に用いられる計算格子点を囲むコントロールボリュームを単位として,噴霧と気相との熱・物質の交換が行われ,噴霧と気流の間の交換過程を平均値どうしによって計算するだけではなく,液滴の速度分布を統計的な取り扱いによってモデル化し液滴の乱流中での拡散効果を考慮できる噴霧モデルを提案した.
担当:中島 健、池田 裕二 課題:レーザー噴霧計測法の確立(誤差評価)
噴霧燃焼場にPDA計測を適用した場合の誤差評価を行うために,受光スリットの位置の影響、測定体積の大きさの影響,火炎面におけるデータバイアスの影響の誤差,蒸発する液滴の計測誤差について検討を行った.その結果、受光スリット位置の影響により,特に高データレート計測において,計測の不確かさが問題となることが分かった.また,測定体積の大きさの違いは,特に小粒径の液滴の計測に違いが現れることを示した.
担当:冨山 明男 課題:粒子追跡法による分散性二相流の数値解析
連続相の流れ場を計算するためのセルサイズと同程度の粒子サイズを取り扱えるtwo-way三次元粒子追跡法を構築した.計算の結果広範囲の流動条件に適用できる抗力,揚力等の相間相互作用力のモデルを気液二相噴霧流に対して構築できれば,本手法により液滴径と同程度のスケールにおける流動現象を定量的に精度良く予測できる見通しが得られた.また,計算精度を確保するにはセルサイズを粒子径の1/2程度にすれば良いことも確認した.
担当:細川 茂雄 課題:非定常噴霧流における高データレートPDA計測とそのデータ解析
非定常噴霧における液滴と気流の相関作用を解明するため,エア-アシストインジェクターにより形成される非定常噴霧流において,高データレート条件下でPDA計測を行うとともに,その時系列データの解析法を検討し,流速の高いサイクルと低いサイクルが存在し,流速が速い条件ほど流れの変動周波数が高いことが明らかになった.また,この変動流れに追従する液滴の径は,高周波数ほど小さいことが明らかにされた.さらに,非定常噴霧における高データレート計測(Cycle-resolved PDA)および液滴径によるデータの分類(Size-Classified Data Analysis)の必要性を示した.
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[Publications] 冨山ほか4名: "粒子追跡法に基づく分散性混相流の数値解析,第1報,第2報" 日本機械学会論文集. (掲載予定). (1996)
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[Publications] S.,Hosokawa,Y.Ikeda,F.Sekihara and T.Nakajima: "Cycle-Resolved PDA Measurement of Size-Classified Spray Structure of Air-Assist Injector" 8th Symposium on Application of Laser Measurement on Fluid Mechnics,1996,Lisbon. (掲載予定). (1996)
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[Publications] Y.Ikeda,T.Hirohata and T.Nakajima: "Measurement Uncertainties of Phase D oppler Technique Due to Effects of Slit Location,Control Volume Size and Fl ame Front Presence" 8th Symposium on A pplication of Laser Measurement on Fluid Mechnics,1996,Lisbon. (掲載予定). (1996)
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[Publications] 赤松,水谷,香月,津島: "予混合噴霧流の油滴群燃焼挙動と群燃焼数" 日本機械学会論文集. (掲載予定). (1996)
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[Publications] Y.Ikeda,T.Nakajima and N.Kurihara: "Spray Formation and Dispersion of Si ze-Classified Fuel Droplet of Air-Assist Injector" 8th Symposium on A pplication of Laser Measurement on Fluid Mechnics,1996,Lisbon. (掲載予定). (1996)
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[Publications] N.Kawahara,Y.Ikeda,T.Hirohata and T.Nakajima: "Size-Classified Dropl et Dynamics of Combusting Spray in 0.1MW Oil Furnace" 8th Symposium on A pplication of Laser Measurement on Fluid Mechnics,1996,Lisbon. (掲載予定). (1996)
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[Publications] F.Akamatsu,K.Nakabe,Y.Mizutani,M.i Katsuki: "Group Combustion Behavior of Droplets in a Premixed Spray Flame" Atomization and Sprays. (掲載予定). (1996)
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[Publications] N.Kawahara,Y.Ikeda,T.Hirohata and T.Nakajima: "Size-Classified Spray Behavior and Its Interaction with Turbulent Air Flow on 0.1MW Oil Burner" 26th Int.Symp.on Combustion. (掲載予定). (1996)
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[Publications] 中部,赤松,水谷,香月,井本: "円柱後流における燃料噴霧の群燃焼挙動" 日本機械学会論文集. 61-581B. 317-324 (1995)
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[Publications] T.Yasuda,M.Katsuki,F.Akamatsu,Y.Mizutani: "Statistical Modeling of Droplet Behaviour for Spray Combustion" Proceedings of Int.Gas Turbine Congress. II. 303-308 (1995)
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[Publications] 赤松,中部,水谷,香月,田端: "油滴群中を伝ぱする火花点火球形火炎の構造観察(第2報)" 日本機械学会論文集. 61-582B. 752-758 (1995)
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[Publications] 赤松,中部,水谷,香月: "予混合噴霧流中で燃焼する油滴群の光学的計測" 日本機械学会論文集. 60-577B. 3172-3178 (1994)
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[Publications] F.Akamatsu,K.Nakabe,Y.Mizutani,M.Katsuki: "Developments in Laser Techniques and Applications to Fluid Mechanics,(Ed.R.J.Adrian,et al.),Springer-Verlag." Structure of Spark-lgnited Spherical Flames Propagating in a Droplet Cloud, 12 (1996)
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[Publications] Y.Mizutani,F.Akamatsu,M.Katsuki,K.Nakabe: "Mechanics and Combustion of Droplets and Sprays(Ed.H.H.Chiu and N.A.Chigier Pegell house Inc.NY." Optical Obsevation of Group Combustion Behaviors of Premixed Sprays with and without a Circular Rod, 12 (1996)
