2017 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation on the effects of two-dimensional inhomogeneity in the combustion-initiation process of dispersed liquid fuel
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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, 工学研究院, 教授 (70363124)
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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，熱発生個所の三次元的な観測を可能とした．2016年度は装置をさらに改修し，観測精度を向上した．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，二液滴の自着火を三次元的に観測した．これにより，二段点火の生じる雰囲気条件では，二液滴の外側の高温部において冷炎が発生し，その後二液滴の内側の高燃料濃度部において熱炎が発生する傾向を確認した．2017年度は，初期直径の異なる二液滴について微小重力実験を行い，点火下限温度より十分高い温度では径の小さい液滴の存在は二液滴全体の熱発生を早めるが，点火限界近傍など条件によっては却って遅らせることを発見した．このような傾向が，局所的な物質輸送と化学反応のバランスにより解析され，説明された．
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