2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of soot aggregates oxidation phenomena generated from combustors and development of a prediction model
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21K12295
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
橋本 淳 大分大学, 理工学部, 准教授 (00342551)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | すす / 粒子状物質 / 凝集体 / 予測モデル / 拡散火炎 / 予混合火炎 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小粒子は健康へ与える影響が大きく，来るゼロエミッション社会に向けて，その予測モデルの構築が早急に求められている．粒子排出個数の予測モデルを提案するには，凝集粒子の酸化およびそれに伴う断片化の記述が最も困難な課題である．そこで本研究では，凝集粒子酸化・断片化機構の解明および微粒子予測モデルの構築に取り組む．
本年度は，2年度までに制作し，実験に用いてきたBurner Stabilized Stagnation Flame実験装置の拡張を行いつつ，凝集体の生成，酸化を切り分けて調べることができる2 Stage Burnerを新たに制作した．本装置を用いて，1st Burnerにおける過濃予混合火炎の当量比および2nd Burnerにおける火炎の当量比を変化させながら，排出される粒子の粒径分布を調べた．そこでは，O2による内部酸化・断片化現象を評価することを狙いとした実験，および火炎背後での表面酸化・断片化を評価する実験を実施した．その結果，まずはプロパン火炎について，実験データベースを準備できた．現在，液体燃料（イソオクタン・トルエン混合物）に対してもデータベースの拡充を進めている．
さらに，イソオクタン・トルエンに対して，バイオ燃料の成分であるエタノールを混合した条件について，データベースの拡充を行った．火炎の温度によって，エタノール混合に伴う微粒子排出特性が異なることを示しており，提案モデルの改良を進めている．
提案モデルは別途実施している自動車会社との共同研究に提供し，実機エンジンでの設計計算用シミュレーションにも適用，検証を行っている．自動車関係のフォーラムで講演を行うとともに，産学官で開発されたシミュレーションソフトウェア（令和6年度から販売開始）への搭載も行い，社会貢献に取り組んでいる．
以上の結果として論文1編，解説1編，学会発表2件の報告を行った．
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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
昨今の部品不足の状況に伴い，装置の調達が一部遅れている．また，一部の部品加工を，特殊な工作機械を有する県内企業と相談しながら進めたため，やや遅れが生じている．一方で，粒子の酸化・断片化過程を評価する実験装置は概ねできあがり，実験計測が進んでいる，また，数値モデルの開発，検証・改良は大きく進んでいる．以上から，総合的には概ね順調であると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
新装置については概ね目処がたったため，予備実験から検証用実験までを遂行する予定である．モデル開発と検証については前倒しで進んでいるものの，3年目に明らかとなった新たな知見も含め，引き続き推進する．
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| Causes of Carryover |
【理由】
実験装置の開発について，外注を抑え，かなりの部分を内製（学内設備使用料金の範囲）で行うことができたため，経費を節約できている．
【計画】
装置を内製で制作できたものの，消耗部品（多孔板）の制作や，不足部品の制作にはいまだ，制作費がかかる予定である．また，微粒子研究ではその堆積によりバーナーのメンテナンスが頻繁に必要となる．そのため，定期的に装置構成部品（ダクト，配管等）を新品に置き換えながら実施する必要があり，その支出に使用する．
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