2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of Controlloing Factors of Spontaneous Ignition of Fuel Droplet Cloud
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21K03899
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森上 修 九州大学, 工学研究院, 教授 (70363124)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 噴霧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃料噴霧の高温雰囲気中の自着火の基礎研究として，空間・時間分解能の確保のためこれまで直径1mm程度の粗大液滴が実験対象とされてきた．また，液滴間干渉の調査対象として同一径の液滴群が扱われてきた．一方，実際の噴霧は直径10～100ミクロン程度の粒径分布を持つ微小液滴の群である．よって，①単一微小液滴の自着火特性，②粗大液滴群の自着火における液滴間干渉に液滴径の分散が及ぼす影響，の調査を行った．①：室温から高温へのなるべくステップワイズな温度上昇と高温部の5K以内の均一性を達成する実験装置を製作した．窒素中の蒸発実験では概ね数値計算と合う蒸発速度を得たが，空気中の燃焼実験では冷炎の自着火遅れに数値計算と違いがあった．冷炎発生限界近傍における化学反応モデルの信頼性の改良が要されることが示唆される．②：これまで冷炎または熱炎による最初の熱発生までは液滴間干渉は自着火を抑制することのみが観測されていたが，径の異なる複数粗大液滴の自着火実験を行い，熱炎発生限界近傍の雰囲気温度では液滴間干渉が自着火を促進する方向に働くことが確認された．この傾向が2次元数値計算において局所ダムケラ―数を用いた解析により説明された．また，これまで冷炎は液滴群の外側の高温部でのみ発生することが確認されていたが，同計算において条件に応じては冷炎が液滴間で発生することが確認され，これもダムケラ―数解析により説明された．また，単一粗大液滴の自着火への酸素濃度の影響が広い温度・圧力領域において系統的に実験的に調査され，熱炎の発生下限温度は酸素濃度に大きく依存することが確認された．雰囲気が空気なら1～2気圧程度の低圧では冷炎から熱炎への二段点火が生じる温度領域は存在しないが，酸素濃度の増加により同温度領域が現れる．すなわち，今後の研究において，高圧下が難しい実験装置でも二段点火の観測が可能なことが示された．
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