2022 Fiscal Year Research-status Report
噴霧の保炎機構を再検討するための微小重力環境を利用した冷炎燃え広がりに関する研究
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19K04843
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
野村 浩司 日本大学, 生産工学部, 教授 (30246847)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田辺 光昭 日本大学, 理工学部, 教授 (90291707)
菅沼 祐介 日本大学, 生産工学部, 准教授 (60739035)
齊藤 允教 日本大学, 理工学部, 准教授 (20801020)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 噴霧燃焼 / 冷炎燃え広がり / 燃料液滴列 / 予蒸発予混合燃焼器 / 微小重力環境利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
噴霧火炎基部や燃料予蒸発管内で起こりうる燃料液滴の冷炎点火・燃え広がりに着目し，噴霧を単純化した燃料液滴列を対象にし，基礎的な研究を行った．軸対称な火炎燃え広がりが実現される微小重力環境を利用した実験を行うことで，数値シミュレーションの検証を容易にする計画である．
2022年度は，開発した熱線式定温度型冷炎強制点火装置を用い，北海道のコスモトーレ落下塔（微小重力時間：2.5 s）で実現した微小重力場においてデカン燃料液滴列の冷炎燃え広がり実験を高温雰囲気中で行った．冷炎燃え広がり速度計測を行うため，バックリット法と高速度ビデオカメラを用いた．液滴直径履歴を計測し，液滴直径の2乗の変化率が変化する現象が液滴列に沿って伝わるその伝播速度から冷炎燃え広がり速度を計測した．成果は，NASAの液滴冷炎研究チームに報告し，評価を受けた．コスモトーレでの微小重力実験を7回行い，5回分の実験データを取得できた．液滴生成部から実験部である高温容器に異動する際に一部の液滴が脱落したり実験装置が誤作動した実験が3回あり，液滴列燃え広がり速度が取得できたのは2回の実験であった．雰囲気温度523 K，強制点火までの待ち時間1.0 s，無次元液滴間隔2.7および5.3の条件における冷炎燃え広がり速度は，それぞれ17.9 および25.4 mm/sであり，熱炎燃え広がりに比較して非常に遅いことがわかった．これは，世界初の冷炎燃え広がり速度の測定結果である．
冷炎燃え広がりの数値シミュレーション・コードが完成し，初期条件を変えながら計算を行った．雰囲気温度と強制点火までの待ち時間を変更することにより，二つの燃え広がりモードが現れた．一つは，熱の伝達により燃え広がりが進行するモードであり，もう一つは時間差を伴う連続した自発点火のモードであった．このモード遷移の検証と燃え広がり速度の定量的比較を今後行う．
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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
液滴列の冷炎燃え広がり微小重力実験実験を50 m級落下塔で行った．データ解析の一部が終了し，火炎燃え広がり速度を計測することができた．初期液滴直径0.75 mm，液滴間隔2および4 mm，雰囲気温度523 K，強制点火までの待ち時間1.0 sの条件で冷炎が燃え広がる現象を観察することができた．実験結果が少ないため，学内の小型落下塔を使用して，データを補完する計画である．また，衝撃に弱いために微小重力実験では使用できないイメージインテンシファイアを地上で使用し，冷炎の燃え広がりを画像としてとらえて現象解析を補助する資料として利用する準備を行った．数値シミュレーションは完成し，微小重力環境で得られた実験結果との検証を行うフェーズである．
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| Strategy for Future Research Activity |
50 m級落下塔での微小重力実験がおわったので，今後は得られた微小重力実験データを補完するデータを学内の小型落下塔（微小重力時間：1.1 s）を使用して微小重力実験で取得する計画である．実験パラメータは以下を予定している．
〇雰囲気温度 〇無次元液滴間隔（＝液滴間隔／液滴初期直径） 〇点火待ち時間
以上の実験データについて，雰囲気温度・雰囲気圧力・無次元液滴間隔に対する冷炎燃え広がり速度のマッピングを行う（野村，菅沼担当）．また，数値シミュレーションで現れた二つの燃え広がりモードが実験で現れるか，現れるとしたら両者の境界の条件は数値シミュレーションと一致するのかを調べる（野村，菅沼担当）．冷炎燃え広がりの数値シミュレーションについては，計算された燃え広がり速度の定量的な検証を実験結果で行う．輸送係数などに調整が必要であれば検討する（田辺，齋藤担当）．
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| Causes of Carryover |
北海道での微小重力実験出張を予定してその旅費を予算計上していたが，1名が急遽出張することができなくなり，次年度使用金が発生してしまった．次年度の使用計画は，補完データ取得のための実験を行うための消耗品購入と，成果発表のための学会出張旅費として使用する計画である．
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