既燃ガス希釈雰囲気における圧縮自着火拡散燃焼の機構解析とモデリング

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450090
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 西脇 一宇 立命館大学, 理工学部, 教授 (20025969)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小島 隆史 高松工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (80300630) ; 吉原 福全 立命館大学, 理工学部, 教授 (30174999)
• Keywords: 圧縮自着火 / 既燃ガス / 濃度 / 温度 / 乱流拡散 / LES / 低温酸化反応 / 濃度積分スケール

Research Abstract

予混合圧縮自着火燃焼の特徴は,低い総括当量比において燃焼室容積内で全体として着火・燃焼しているように見えながら熱発生過程が穏やかで,総括当量比が高くなると急激な熱発生により衝撃的な着火・燃焼に至る,という点にある.衝撃的な燃焼を抑制する機構を解明すれば窒素酸化物およびすすの排出のきわめて少ない低公害燃焼法として成立する.本研究では燃料噴射後の濃度,温度の乱流拡散過程で自着火反応する過程の解析を通して,穏やかな熱発生の成り立つ条件を解明した.理論モデルではLarge Eddy Simulationに基づく手法と低温酸化の動力学反応モデルを組み合わせ,擬似乱流の場における自着火・燃焼を数値的に解析した.その結果,濃度・温度のランダムな分布が穏やかな熱発生率経過をもたらすこと,濃度よりも温度の分布がより重要であること,既燃ガスの希釈はさらに熱発生率を穏やかにすること,を明らかにした.また,壁面にガス塊がランダムに触れて冷却されることによる温度むらの生成も寄与することがわかった.さらに,圧縮開始温度条件や圧縮比により,自着火が低温酸化反応における負の温度係数領域で進行すれば壁面近傍から最初の自着火が起こることを見い出した.実験解析ではジェット噴流の乱流拡散過程を対象としてYAGレーザによる二次元濃度瞬間画像を得ることにより,濃度相関を求め,濃度の積分スケールを算出した.その結果乱流混合が進むにつれ濃度積分スケールは小さくなることを見いだした.このことは燃料噴射時期と自着火時期の時間間隔を変えて濃度むらを制御できる可能性を示唆するとともに,この実験解析法により濃度の大小にかかわらず,乱流拡散の進行を判定できる長所のあることがわかった.

Research Products

• [Publications] K.Nishiwaki,Y.Yoshihara and K.Saijyo: "Numerical Analysis of the Location of Knock Initiation in S.I.Engines"SAE Techical Paper Series. 2000-01-1897. 1-12 (2000)
• [Publications] 大矢文仁,西脇一宇: "画像による気体噴流の乱れスケール解析"日本機械学会講演論文集. No.004-1. 5-15,5-16 (2000)
• [Publications] 大矢文仁,西脇一宇: "気体噴流の濃度画像を用いた乱れの統計的解析"日本機械学会講演論文集. No.014-1. (2001)