2015 Fiscal Year Research-status Report
エンジン燃焼室内で空気流動を受ける燃料噴霧の微粒化モードと噴霧特性の相関性の解明
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26420114
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
尾形 陽一 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10323792)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 噴流後流渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
噴霧軸に対し前年度から更に複数位置での断面撮影を行い，直噴ガソリンエンジンを模擬した系での燃料噴霧と一様空気流動の相互作用を詳細に検証した．噴霧主流部から剥離する後流挙動と円柱後方二次元カルマン渦の類似性を前年度に見出したが，ノズルからの距離に対して噴霧軸垂直断面内の渦配置の非対称性も変化し，カルマン渦から派生する三次元性の様な挙動が確認された．横風により噴霧表面に生じるせん断力も増加することから，ノズル近傍では中心コアから剥ぎ取られた小粒径液滴は横風に流され運動量の大きい大粒径液滴が残り，横風が無い場合よりザウタ平均粒径（SMD)は大きくなるが，ノズル遠方では噴霧軸近傍では横風による液滴衝突・合体に起因すると思われる大SMD領域，下流では剥ぎ取られた微小液滴が流され小SMD領域に分かれる分級機構も明らかとなった．
圧縮行程噴射も考慮する為，風洞内の雰囲気圧を変化させることが可能な高圧風洞装置を用いて，雰囲気圧依存性の比較を行った．横風流速及び噴射圧一定の条件では横風方向に鉛直な噴霧先端到達距離は，雰囲気圧が大気圧から増加すると噴射直後はあまり差異が無いが時間が経つと雰囲気圧の増加に伴い減少する．一方，水平方向噴霧先端到達距離は大気圧下と同様に時間に正比例するが，雰囲気圧の増加に伴い先端到達距離も増加することが分かった．高雰囲気圧力では液滴の噴霧軸方向運動量が早く減衰し，横風方向運動量に変わることから噴霧の曲がり始めも早く，横風方向に大きく曲がる．本結果から汎用的なCFDモデル構築，及びスワール・タンブル流が在る実機エンジン筒内流動下の噴霧挙動予測への応用が期待できる．
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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
種々の実験条件及び詳細な計測から，一様な横風と相互作用する燃料噴霧の可視化・粒径分布実験データが得られたことで，実機エンジン状況に応じた現象解明に向けての基礎的知見が得ることが出来た．ノズル孔出口近傍の燃料噴霧を円柱と仮定した時の二次元平面カルマン渦，及び三次元性が生じる亜臨界領域の後流と噴霧後流の類似性が見えてきたことから，横風が在る時の噴霧本体の挙動・微粒化メカニズムとの関連性解明にも繋がる．横風噴霧発達過程時における一次・二次分裂，液滴衝突モデリングの考察及び検証は，今年度までの知見を基に次年度も継続課題となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
可視化計測・数値解析結果から得られる噴霧挙動や噴霧後流に生じる周期的な流動場の画像，流速ベクトル場を基に主成分解析・Wavelet解析等を用いた時間・空間的評価を進め，横風噴霧及び後流挙動と雰囲気流動場の関係性を特徴づける微粒化モードの抽出及び無次元数，粒径分布との関連を明らかにする．数値シミュレーションにおいては，各液滴分裂モデルの適用可能性，モデル間の比較検証等をエンジン筒内噴霧流動解析汎用コードと並列計算も用いて効率的に進める必要があり，今年度まで並びに次年度実施予定の各計測結果との整合性評価を行っていく．
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| Causes of Carryover |
今年度の当初計上していた実験用部品経費が低減出来たことと，次年度に国内外学会発表及び論文投稿等の研究成果発表に生じる費用が更に発生する予定であることから，これらに予算を確保する必要が生じたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の国内外学会発表及び論文投稿等の研究成果発表．また，数値解析を進める際の膨大なサイズのデータを処理するための解析ソフト，ワークステーションの導入．実験に必要な燃料・材料などの消耗品，及び追加工等の発注費用．
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