2020 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis and modeling of particulate matter formation using premixed flame
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19H02080
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
北川 敏明 九州大学, 工学研究院, 教授 (40214788)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 裕章 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60371598)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 燃焼 / すす / 予混合火炎 / 生成モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，新たに考案した非常に単純化した燃焼場での研究手法を用い，粒子状物質(ParticulateMatter, PM)であるすす生成についての実験および数値シミュレーションによる解析から，すす生成機構を解明している．さらに，その知見に基づきすす生成の新たなモデルを構築しようとしている．
予混合燃焼によるすすの生成に及ぼす火炎伸長の影響を明らかするために，均質過濃混合気の燃焼により生成される粒子状物質について調べた．実験ではイソオクタン-空気均質過濃予混合層流および乱流火炎により生成される粒子状物質を，新規に導入したレーザーエアロゾル粒度分布測定器，エアロゾルスペクトロメーターを用いて分級し，その粒径分布を統計的に解析した．当量比1.4およびすす生成の臨界当量比付近である当量比1.8の混合気の実験から，燃料濃度により粒径分布に差異のあることを明らにした．
また，数値シミュレーションでは，すすの核発生，凝集，表面成長，酸化のモデルを組み込んだすす数密度，質量密度の輸送方程式を解く数値シミュレーションを，当量比1.8の予混合層流火炎伝播について行った．このシミュレーションにより，球状伝播火炎における火炎不安定性の発現とセル状遷移を再現することが出来た．また，実験結果とよく一致するすすの空間分布が得られた．このすすが多く生成されている領域の温度や化学種濃度を調べ，すす生成の特性を明らかにした．
さらに，乱流火炎での数値シミュレーションを行った．
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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
本研究では，すすの生成量低減に資するために，球状伝播層流および乱流予混合火炎により，火炎伸長とすすの生成の関係という新たな観点から，すすの生成機構を明らかにしている．イソオクタン-空気層流火炎において，実験により現れる層流火炎の不安定性によるカスプ部においてすすが生成されることを明らかにした．また，数値シミュレーションにより不安定性の現れた火炎を再現することに成功し，局所の火炎形状とすす生成量の関係を調べるとともに，すす生成量に対し温度，ガス流速，化学種濃度の各因子がどのように影響しているかについて検討を行った．さらに，乱流火炎の数値シミュレーションにも着手することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
実験による数値シミュレーションの検証も終えたので，今後は，火炎の特性や乱れによるすす生成機構の解明を行う．
エアロゾルスペクトロメーターおよびレーザーエアロゾル粒径分析器を用いた実験により得られるすすの粒径分布と，数値シミュレーションの解析結果をあわせて，すす生成機構の解明とモデル化を完了する．
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Research Products
(1 results)
