2015 Fiscal Year Research-status Report
液体燃料分散系の燃焼開始過程における二次元不均一性の影響の解明
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15K05835
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森上 修 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70363124)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 自着火 / 燃料液滴 / 干渉作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃料噴霧の自着火による燃焼開始過程のメカニズムの解明は，熱機関の熱効率向上，逆火の防止，排気中の汚染物質の低減にとって重要である．最も簡単な素過程として単一の燃料液滴を扱う研究が多く行われてきたが，本研究は燃料液滴間の干渉作用について解明し，単一液滴の知見を噴霧に拡張するための研究である．炭化水素系燃料の自着火においては，燃料の部分的な酸化である冷炎が発生してある程度の遅れの後に熱炎が発生するという二段点火が生じ，このために点火遅れは複雑な雰囲気温度依存性を持つ．よって，冷炎から熱炎という過程に着目した解析が重要であるが，冷炎は発光を伴わないため，その空間的挙動の観測のために干渉計が有効である．本研究では，軸対称な複数液滴の自着火を干渉計で観測し，数値計算を利用して，現象の解釈，理論化を行う．2015年度は，現有であった実験装置を改修し，熱発生の定性的な二次元観測を可能にするマイケルソン干渉計を二基二方向に搭載した．これにより熱発生個所の三次元的な観測を可能とした．回収された実験装置を用い，北海道宇宙科学技術創生センターの50m落下塔にて微小重力実験を遂行し，二液滴の自着火を観測した．これにより，従来観測できなかった二液滴を通る軸方向からの観測が可能になり，熱炎はほぼ二液滴を含む面で発生していることが確認された．冷炎・熱炎の発生場所がさらに詳細に分かるようになり，液滴の干渉作用の効果が詳細に解析可能となった．これにより2016年度以降は液滴間隔を変じて冷炎・熱炎の点火遅れ，発生場所によるデータをさらに収集し，数値計算を利用して理論構築を行う．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験装置の改修を行った．従来は，マイケルソン干渉計により二液滴を通る軸に垂直な方向からの観測しかできなかったが，装置全体のコンパクト性が求められる落下実験においても，実験装置のレイアウトの工夫により，干渉計を追加して二基搭載可能とした．これにより二液滴を通る軸方向からの観測も可能となった．この観測系は実際に北海道宇宙科学技術創生センターの50m落下塔において落下実験中の動作が確認された．
宇宙航空研究開発機構とドイツ航空宇宙センターの国際共同研究については，ドイツ側との協議の後，当初より1年先の2017年度の実施を目指すこととなった．これによりスケジュールを見直し，国際共同研究の提案を2016年度の早い段階で行う予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
北海道宇宙科学技術創生センターの50m落下塔における微小重力実験において，落下実験装置と地上の実験者との無線LANによる通信に難があり円滑な実験遂行の妨げとなった．この点，落下実験装置，実験者ともにLTEルータでインターネット接続させる方式で根本的な解決を試みる．また，当初の計画通り，自着火遅れと自着火の位置に関する理論の構築，数値計算の実施，微小重力実験の遂行を行う．実験により液滴間隔の影響を調査する．また，国際共同研究ロケット実験の提案を行う．
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| Causes of Carryover |
2015年度は所属機関の予算にて落下実験を行った．2016年度に落下実験キャンペーンを当初予定の1回より増やし2回行う計画である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2016年度の秋と冬に行う落下実験に使用する．
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