水素混焼ディーゼルデュアルフュエル燃焼の燃焼特性と壁面熱伝達特性の解明

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H01699
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 堀部 直人 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (90583881)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 水素 / 燃焼 / 壁面温度 / 壁面熱伝達

Outline of Annual Research Achievements

水素を燃料に用いる内燃機関では，従来の化石燃料を用いる場合に比べて，一般的に冷却損失が増大する．高い火炎温度や小さい消炎距離などがその要因として挙げられているが，水素燃料における冷却損失増大の要因について十分明らかになっていない．本研究は燃料種が冷却損失すなわち壁面熱伝達に及ぼす影響を明らかにするために，天然ガスおよび水素の乱流燃焼場における壁面温度分布および熱流束分布と壁面近傍のガスの温度・速度分布の関係を明らかにしようとするものである．
本年度は壁面の二次元温度分布を計測する非接触計測技術としてレーザー誘起燐光法に着目し，二波長強度比法による温度計測を実施するための壁面に塗布する燐光体を選定し，燐光強度に対する励起レーザー強度依存性，燐光強度の減衰特性，および燐光強度の二波長強度比の温度依存性を調べた．燐光体にはYAG:Dyを用い，励起波長355nmとして，470nm付近と500nm付近の燐光強度比を用いる二波長強度比レーザー誘起燐光法では，燐光の二波長信号強度比は励起レーザー強度に依存しないこと，二波長信号強度は温度に対して単調に変化するため，温度計測が可能であること，燐光寿命が230us程度であることなどが明らかとなった．
上記の方法で温度計測は可能であるものの，燃焼場における火炎到達前後の過渡的な温度変化を捉えようとするとより燐光寿命の短い燐光体を用いて高繰り返し計測を行う必要があるため，改めて燐光体を選定し直し，高繰り返し温度計測法の開発を進める必要がある．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度に用いた燐光体では準定常状態における壁面温度計測は可能であるものの，壁面に火炎が到達する前後の過渡的な温度変化を計測するには燐光寿命が長いことが明らかとなった．あらためて，より燐光寿命の短い燐光体を用いて温度計測にトライするとともに，壁面近傍のガス温度分布の同時計測に着手する．

Strategy for Future Research Activity

本年度に用いた燐光体では準定常状態における壁面温度計測は可能であるものの，壁面に火炎が到達する前後の過渡的な温度変化を計測するには燐光寿命が長いことが明らかとなった．あらためて，より燐光寿命の短い燐光体の選定を進めて壁面温度計測にチャレンジするとともに，壁面近傍のガス温度分布の同時計測方法の開発に着手する．