2021 Fiscal Year Research-status Report
繰り返し放電が形成するプラズマから混合気へのエネルギー移動による火炎核形成
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20K04309
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
林 潤 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (70550151)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川那辺 洋 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (60273471)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ支援点火 / 火炎核形成 / 可視化 / 放電電圧 / 放電繰返し周波数 / 誘電体バリア放電 / ナノ秒繰り返し放電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，繰返し放電（プラズマ）から混合気へのエネルギー移動が火炎核形成に与える影響を明らかにすることを目的としている．本研究期間では，R2年度に構築した定容容器を用いた点火試験，同じくR2年度に構築した活性化学種の繰り返し供給による反応モデルを用いて，実験，解析の両面から研究を遂行した．
定容容器を用いた点火試験では，点火源として繰り返し周波数を変更することが可能な誘電体バリア放電（Dielectric Barrier Discharge; DBD)およびナノ秒繰り返し放電(Nanosecond Repetitively Pulsed Discharges; NRPD)を用いた．このとき，NRPDの電源には，R3年度に購入した特注の電源装置を用いた．DBD，NRPDともに，放電電極には，一対の棒状電極を用いた．それぞれの放電手法において，放電の繰り返し周波数を変化させることで，火炎核形成に適した放電周波数が現れることを示した．繰り返し周波数の最適値は，形成される火炎核の形状によって，DBDおよびNRPDで異なる傾向が示唆された．
次に，R3年度では，R2年度までに構築した０次元反応モデルを用いて，活性化学種の繰り返し供給が化学反応に対して与える影響について検討を行った．その結果，NRPDを模した０次元反応モデルにおいて，ラジカルを供給する繰り返し周波数を変化させることで，着火に至るまでに必要な時間に最適値が現れることが示された．本モデルでは，熱および流動の効果を配しており，化学反応の効果によって，火炎核形成に至るまでに必要な時間を短縮する最適な値が現れることが示された．この結果は，化学反応の観点から点火に対して，活性化学種を供給する最適な時間スケールが存在することを示唆していると考えられる．
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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，定容容器における繰り返し放電を用いた点火試験，および簡素な系における数値解析を用いて，繰り返し放電で形成されるプラズマから火炎核へのエネルギー移動に要する時間的・空間的な効果を明らかにすることを目的としている．
R3年度では，R2年度までに設計検討をおこなった電源装置を導入し，さまざまな繰り返し放電の条件に対して試験を行うことに成功した．R3年度の点火試験によって，放電手法の違いによって形成される火炎核の成長が促進される繰返し放電の周波数が異なることが示された．この結果を元に，放電１回ごとのエネルギーと放電の繰返し周波数の関係，放電によって形成される活性化学種の噴出の様子を解析することが可能になる点から，点火試験に関して概ね順調に進展していると判断できる．
次に，計算に関して，熱および流ればの影響を配した活性化学種の繰り返し供給モデルを構築し，点火に至るまでの時間に対して周波数の最適値が存在することを示した．この結果を元に論文化を試みており，概ね順調に推移していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
R3年度までに構築した実験系を用いて，放電の繰り返し周波数に対する火炎核形成の様子を可視化し，評価を加えるとともに，放電１回あたりのエネルギーが形成される火炎核領域に与える影響に対する評価を行う．また，繰り返し放電回数（総放電エネルギー）と火炎核形成に要する時間の関係を評価することによって，時間的な影響を明らかにする．
次に，計算に対しては，昨年度構築した０次元モデルには，R2年度までに指摘されてきた反応データの不足分を考慮することの困難さから，活性化学種を直接供給するモデルとした．結果としてはある程度信頼性のある結果を得ることができたが，より汎用性を高めるためには，重粒子と電子の反応に関連するデータを追加してプラズマから混合気にエネルギーが受け渡される部分のモデル化が必要となる．また，R2年度までのモデルでは熱の効果を排除しているが，プラズマ形成による熱の移動に関しても考慮に入れたモデルの構築を行うことを今後の方針として検討している．
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Research Products
(4 results)
