2017 Fiscal Year Research-status Report
乱れの時空間的変動スケールに着目した拡散火炎の燃焼特性解明に関する基盤研究
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17K06181
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
末永 陽介 岩手大学, 理工学部, 助教 (60413720)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
乱流火炎が用いられる自動車用エンジン等の燃焼器の高性能化には，乱れの制御がカギとなる．乱れにより，火炎面は非定常的に歪み変形する．本研究の目的は，流れの非定常変化に対する流れ場の速度歪（伸長）と変形（曲率）の影響を受ける拡散火炎の応答特性を解明することにある．平成29年度は，酸化剤（空気）流速の正弦波振動に対する円筒状拡散火炎の応答特性（速度勾配，火炎半径，火炎帯厚さ，火炎輝度）を調査した．燃料にはメタンを用い，燃料を窒素で希釈した．速度の変動周波数は，5 Hzから250 Hzとした．本研究より次のことが明らかとなった．（1）速度変動周波数fが高くなるにつれて，空気流の速度勾配gaの変動振幅は一定のままであるが，燃料流の速度勾配gfの変動振幅は大きくなる．（2）低周波数であるf = 5Hzにおいて，火炎半径と火炎帯厚さの時間変化はgaの変化に対してわずかに遅れる．火炎半径と火炎帯厚さにもわずかに位相差があり，fが高くなるとこれらの位相差は大きくなる．（3）火炎半径は，5 ~ 25 Hzにおいて準定常的に変化し，fがさらに増加するとその変動振幅は減衰する．この傾向は，燃料流と空気流の速度の正弦波振動に対する対向流平面拡散火炎の応答と類似している．（4）5 Hzの火炎輝度は，速度勾配の時間変化に追従せず，準定常的に変化しない．また，このときの火炎輝度の変動振幅は，速度変動の範囲から推定される静的火炎の輝度の変化幅よりも小さい．（5）火炎輝度の変動振幅は，50 Hzで極大値をとり，その値は，静的火炎の輝度の変化幅よりも大きい．しかし，f が250 Hzまで増加すると，その変動幅は静的火炎の場合よりも小さくなる．（6）上記の特徴的な動的火炎の輝度の変動には，gaの変化に起因する伸長効果，火炎曲率の効果，そしてfの増加に伴うgfの変動振幅の増加による物質の輸送特性変化が関係する．
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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
本研究では，エンジンの乱れの制御に着目した基盤研究を実施しており，平成29年度の目標であった，酸化剤流速の正弦波振動に対するN2で希釈された伸長円筒状火炎の応答特性を実験的に調査することができた．得られた知見は，平成30年度から取り組まれる研究内容の比較の対象として利用することが可能である．また，平成29年度に得られた成果は，原著論文3編と国際会議1件として，発表することができたため，おおむね順調に研究を進めることができたと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
自動車用エンジンに用いられる排気再循環技術（EGR：Exhaust Gas Recirculation）は，排気規制の達成に大きく貢献している．排気ガス中にはCO2が多く含まれているため，燃料と酸素をCO2で希釈したときの，酸化剤流速の正弦波振動に対する円筒状拡散火炎の応答特性を解明することは，エンジンの乱れの制御技術の高度化に必要であると考えられる．そこで，平成30年度は，前年度に実施した燃焼条件と同じ燃料の希釈率において，実験研究を実施することによって，前年度に得られたN2希釈火炎の結果との比較を容易にし，CO2希釈火炎の燃焼特性の解明を推進していく．
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Research Products
(4 results)
