2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and Control of Wall Effects on Cool Flame
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18KK0106
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鈴木 雄二 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80222066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
范 勇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40748662)
齋木 悠 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60550499)
李 敏赫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80828426)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
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| Keywords | 冷炎 / 低温酸化反応 / レーザー誘起蛍光法 / 半導体レーザー分光法 / 表面反応 / 壁面の化学的干渉効果 / DME / 直鎖アルカン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
内燃機関において，冷炎は本着火（熱炎）のタイミングに大きな影響を与え，ノッキングに大きく影響する．しかし，冷炎を支配する低温酸化反応に関する定量的な情報は不足しており，従来提案されている反応モデルについても不確かさが大きい．本研究では，プリンストン大学Yiguang Ju教授のグループの保有する実験・計測技術と，申請者らがごく最近構築した壁面で安定化される冷炎での計測，詳細数値解析を組み合わせることによって，新しい低温酸化反応モデルの提案と，冷炎に対する表面反応モデルの構築を行うことを目的とした．
最終年度である今年度は，まず、DMEと酸素の予混合気を加熱平面に衝突させることによって安定化される冷炎について，数値解析で得られる燃焼率とダムケラー数の関係と計測結果について比較した．そして，着火・消炎過程においてヒステリシスが生じる場合は着火時にHCHO濃度が不連続的に上昇し，一方ヒステリシスが生じない場合は着火時，消炎時ともにHCHO濃度は滑らかに変化することを明らかにした．また，圧力チャンバ内での半導体レーザー分光法（TDLAS）を用いたHCHO計測システムを構築し，HCHO-LIFよりも感度が２桁程度高いことを示した．そして，圧力が上昇すると，着火温度が3.5気圧では大気圧に比べて約15K上昇し，数値計算結果と定性的に異なることを明らかにした．そして，表面反応を組み込んだ数値解析を行い，白金面での着火温度の顕著な低下，Fe面での顕著な増加が，それぞれ，O原子の表面からの脱離，HPMF（HO2CH2OCHO）の吸着・分解により再現できることを示した．
さらに，直鎖アルカン（C7-C10）の場合，炭素数の増加に伴って冷炎着火温度が低下し，炭素数が大きいほどより強い低温反応性を示すなど、着火特性と消炎特性の両方を明らかにした．
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[Journal Article] Evaluation of Wall Chemical Effect in Hydrogen Flame2021
Author(s)
Fan, Y., Guo, J., Lee, M., Iki, N., and Suzuki, Y.,
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Journal Title
Proc. Combust. Inst.
Volume: 38
Pages: 2361-2370
DOI
Peer Reviewed
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