2022 Fiscal Year Annual Research 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 | 繰り返し放電 / 点火 / プラズマ支援燃焼 / 火炎核形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，プラズマから混合気へのエネルギー移動現象を理解するために，反応に要する時間に対する影響と空間的な流動に対する影響を，プラズマから混合気へのエネルギー移動が燃焼反応に影響を及ぼす時間，およびプラズマにより誘起される流動が火炎核形成に与える影響範囲として評価した．
本研究課題の最終年度では，サブナノ秒繰り返しパルス放電を用いた静止混合気に対する点火試験を通して，放電期間と繰り返し周波数の影響について検討した．メタン・空気静止混合気に対して，供給する総エネルギーを一定（放電回数を固定）として，放電周波数を変更した点火試験を行い，放電によって生成される高温気体の噴出によって火炎核形状が影響を受ける範囲（本研究では，等価半径で10 mm程度）では，繰り返し放電周波数が低い条件において，最終的な火炎核成長が速くなる結果を得た．
また，ナノ秒繰り返し放電による点火過程を，「プラズマ反応」と「燃焼反応」が逐次的に生じるとモデル化した０次元モデルを構築し，放電周波数に対する着火遅れに対する影響を検討した．その結果，静止雰囲気場における実験結果と同様に，数10kHzの条件で最小値を持つことを示した．これは放電の繰り返し周波数が低い条件では，放電によって供給された化学種が高温反応の中で有効活用されないこと，放電の繰り返し周波数が高い条件では，反応経路が変化することにで反応担体が消費されることに依存することが示された．
本研究期間全体では，繰り返し放電の周波数依存性を実験および数値解析を用いて検討し，火炎核の形成に関しては数１０kHz，放電によって噴出する活性化学種が影響する範囲は，数mmの範囲であることが示された．一方で，燃料の物質拡散特性と熱拡散特性が火炎核形成に影響を与えることから，燃料種による影響についてはさらなる検討が必要であることが示された
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