2018 Fiscal Year Research-status Report
高圧液面燃焼により生じる微粒子の生成予測モデルと抑制手法の構築
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18K11698
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
橋本 淳 大分大学, 理工学部, 准教授 (00342551)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | すす / 粒子状物質 / 多環芳香族炭化水素 / すす予測モデル / 拡散火炎 / プール燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，大気汚染物質として粒子状物質が注目を集めている．数マイクロm以下の粒子は気管支，肺と深く到達し，健康へ与える影響が大きい．一方で，生活を支える各種燃焼機器は，高圧下，つまりは微粒子が生成しやすい条件での運転が求められている．これはエネルギー利用効率向上のためであるものの，そのような条件下においては，実験の困難さ故，微粒子生成メカニズムについて不明な部分も多い．これまでの研究から，液体燃料は燃焼室内で液面燃焼を生じ，主たる微粒子生成源となっていることが明らかになった．本研究では，新たに考案した独自の実験手法を高圧容器内で実現し，学術的な観点から高圧下における微粒子生成機構の解明と予測モデルの構築を，実用的な観点から液面燃焼に伴う微粒子生成抑制手法の提案を試みる．
本年度は高圧対向流燃焼器の改良とモデル開発の両面から研究を行った．まず実験面では，実験モデルを高圧容器内で実現するための準備を進めた．高圧燃焼器を用いて実験を行うにはこれまで，燃焼に伴う圧力変動等の影響で実験が不安定となる問題があった．そこで，予備的に圧力制御バルブを導入し，圧力変動を低減しつつ実験が遂行可能なシステムを構築した．窒素ガスを用いた予備実験では圧力を一定に保つことができることを確認したものの，燃焼時は想定以上に生じるすす量が多く，バルブ中に堆積し，不具合を生じる可能性が高いことがわかった．そのため現在，その対策を行っている．モデル開発面では，実用燃焼機器の計算に適用可能な数値モデルを新たに構築した．開発したモデルはまず，衝撃波管を用いたすす生成量計測結果に対して検証を行い，0.2-1.2MPaの範囲において再現性を有することを示した．今後，本モデルを用いて対向流燃焼器の実験結果検証を進める．
なお，以上の結果として学会発表５件の報告を行った．
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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
本年度，予備的に圧力制御バルブを導入し，高圧燃焼実験システムの改良を試みた．その過程で，想定以上に多く生成されるすすがバルブシステムへ堆積し，不具合を生じる可能性が明らかになった．初年度後半はその対策に時間を要しており，実験面ではやや進度が遅れている．また，それに伴い，予算使用計画も変更している．ただしこれは，後に大きな遅れを生じないための対策であり，２年度以降に実験を進める．
一方で，モデル開発は計画を前倒しで進めている．実用燃焼器に適用可能なすす生成量予測モデルを新たに構築すると共に，衝撃波管に対する既存のすす生成量計測結果を用いて，0.2-1.2MPaまでの条件に対して検証を行った．
以上から，一部に遅れがあるものの，前倒しで実施している内容もあり，総合的には概ね順調であると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
高圧燃焼器での実験システムを確立する．すす生成量計測およびガス分析方法は概ね確立しているため，高圧下で火炎を安定して形成させる方法と，ガスサンプリングラインの制作を行うことができれば，計測と分析が可能である．
また，初年度に作成したすす生成量予測モデルについては，対向流燃焼器を用いた実験結果に対して検証を行う．すでに計測済みの常圧下での条件から開始し，圧力を変化させた条件については計測結果が揃い次第，評価を行ってゆく．
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| Causes of Carryover |
【理由】
前述のように，新たに実験で明らかとなった問題への対策に時間を要し，実験で使用予定であった経費の使用が遅れたため．
【使用計画】
高圧対向流燃焼器は完成しているものの，圧力制御バルブのパイプラインにおいて，すすの除去対策が必要である．初年度中に対策は検討したため，それを実行すると共に，ガスサンプリングシステムの作成を進める．
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