2014 Fiscal Year Annual Research Report
小型エネルギー変換機器の高効率・環境性能両立実現のための動的設計法の研究
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26289053
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
金子 成彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70143378)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺島 洋史(石原洋史) 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20415235)
山崎 由大 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60376514)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / エネルギー効率化 / 環境調和型 / 制御工学 / モデル化 / 騒音低減 / 計算法 / 燃焼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，①天然ガス，バイオガス，石炭ガス等を燃料とする小型発電用ガスタービン，②バイオガスと液体燃料の両方を燃料とするデュアルフューエル自動車用レシプロエンジン，③ジェット燃料やバイオ燃料を燃料とする小型ターボジェットエンジンを対象に，高効率化と環境性能の両立実現の障壁となっている①燃焼振動対策，②計算負荷の軽いリアルタイム制御アルゴリズム，③ノズルから放出される騒音低減デバイス開発に関して，化学反応を絡めた新しい視点から各機関に内在する動的問題の解決策を提案するものである。
①を担当する寺島は、詳細反応機構を流体解析で考慮する際に問題となる硬直性の強い化学反応方程式に対して，堅牢かつ高速な陽的時間積分法を開発し，既存手法に対する優位性を示すことに成功した．化学反応方程式に対する時間積分法を，圧縮性流体解析コードに組み込み，簡単な燃焼器形状の解析に適用できることを確認した．
②については、バイオマス等から生成される低カロリーで組成変動し易いガス燃料をレシプロエンジンで用いる場合について，従来の火花点火方式以外に，更なる高効率利用を目指したHCCIエンジン，また組成変動に対するロバスト性を確保するためのデュアルフューエルエンジンが提案されており，そのキーとなる技術は制御にある。そこで，バイオマスの熱分解により生成されるガス（シンガス）を模擬した燃料と空気の予混合気中に数十ppmオーダーでオゾンを添加した場合の自己着火燃焼過程について素反応数値計算によって調査した。オゾンガス添加時に時には，一部のシンガスが消費された後一旦消費は止まり，その後シンガスが再び消費される2段階の反応過程を経ることが明らかにした。
③については，今年度は，空力騒音と推力損失を同時に測定できる装置の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の3番目のテーマである、小型ターボジェットエンジンの高効率化と環境性能の両立実現を目的としたマイクロジェットデバイスの研究において、実験装置はおおむね完成したものの、予備実験の結果、測定精度に問題があることが判明し、ノズルやベルマウスの形状の再設計、圧力損失係数の測定などを再度行う必要が発生した。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の問題を解決するために、次年度はCFDによるノズル、ベルマウス等の形状最適化や圧力損失係数の測定などを行い、測定精度の向上を図る。その後、騒音低減量と推力の関係を詳細に調べて、最適な騒音低減デバイスの検討に入る。
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| Causes of Carryover |
概ね順調に予算を使用したが、人件費（200万円）の部分は、業務委託となったためにその他の費目に移動している。繰越金が発生した理由は、当初、予定していた制御ソフト、計算用ソフトの購入を見送ったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に制御用ソフト、計算用ソフトを購入する予定である。
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