2019 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 / 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．本研究では，学術的な観点から微粒子予測モデルの構築と圧力が及ぼす影響の検証を，実用的な観点からは微粒子抑制手法の提案を試みる．
本年度はまず，初年度に作成した炭素数60程度までのPAH成長過程を3つに区分したセクショナル法で記述し，モーメント法による粒子成長計算と組み合わせてすす生成量を予測するモデルについて，ガソリンサロゲート燃料に対して衝撃波管にて計測された実験結果を用いて検証を行った．その結果，提案モデルは，基本的なベル特性を雰囲気圧力，酸素混合量等によらず良く再現できることを示した．さらに，筒内直接噴射式ガソリンエンジンの冷間始動条件における微粒子排出特性の数値計算を行った．その結果，提案モデルは，直噴ガソリンエンジンの設計において予測すべき重要な性質であるバスタブ特性を良く再現することを示した．
検証実験の観点からは，初年度，高圧容器を用いた実験で生じた問題を概ね解決し，圧力を変化させた場合に燃料・空気拡散火炎から生じる微粒子量の定量的計測に成功した．実験システムについて調整の余地は残るものの，最終年度にさらなる実験とモデル検証を行う．さらに，大気圧条件では多くのモデル検証実験を行った．まず，独自に考案した模擬筒内液面燃焼実験について，ガソリンの基本成分であるイソオクタン，トルエンに対し，代替燃料として期待されるブタノール（4種の異性体），エタノール，n-プロパノール，n-ヘキサノールを混合した燃料について微粒子生成量および微粒子前駆体の計測実験を行った．また，燃料・空気拡散火炎に対して，微粒子の成長領域および成長に酸化を伴う領域を切り分けて計測可能な実験条件を作成し，計測を行った．これらについては，最終年度に提案モデルの検証を行う．
なお，以上の結果として論文発表2件，学会発表10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
昨年度生じた問題について，部品の内製を行いながら概ね解決した．未だその調整，手法の検討は必要であるものの，圧力が微粒子生成特性に及ぼす影響の実験計測は達成した．一方，研究計画上，バイオ燃料（代替燃料）を混合した実験，また，数値モデルの開発および検証は前倒しで進めている．以上から，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．本年度の段階で概ね成功しているため，調整と手法の点検を行いながら，モデル検証データベースを構築する．
また，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】
初年度に生じた問題への対応について，ビューポートシャッター等の購入を予定していたが，内製により解決した．
【計画】
最終年度，特に高圧条件下での実験を遂行するために多くの消耗品費（ガス）が必要となる．実験システムの安全性を高めつつ，実験を遂行する．
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