| 研究概要 |
予混合圧縮自着火燃焼過程の機構を既燃ガス希釈の条件を念頭において理論モデルを構築し,数値シミュレーションによって解析した.本モデルの特徴は,乱流混合と自着火反応が同程度の速さで進むために相互干渉すると捉え,空間平均形輸送方程式と自着火反応機構を組み合わせ,擬似乱流場として時々刻々空間的に乱れ変動する混合気濃度・温度を解くことを可能とした点にある.予混合圧縮自着火燃焼の特徴である低い総括当量比あるいは既燃ガス希釈条件のもとで体積全体で緩やかに自着火燃焼する特性を再現するとともに,その特性を支配する因子として混合気濃度・温度の不均一分布と既燃ガス希釈が同程度の寄与をしていることを明らかにした.
実験解析においては,予混合気形成法としての燃料噴射における乱流濃度拡散機構を明らかにするための基礎実験を行った.空気噴流にシード粒子を混入しYAGレーザ照射による散乱光の二次元画像から,濃度拡散過程の空間積分スケールを解析することができた.LIF法によっても同様の実験解析を行い,ほとんど同じ空間積分スケールが得られる事を示した.噴流の中心軸上の濃度空間積分スケールはノズル出口直後を除いて下流に向かうにつれ減少することを明らかにした.この傾向は定常,非定常いずれの噴流についても同じであった.一方,熱線流速計で得られた変動流速の空間積分スケールはノズル出口直後を除き下流に向かうにつれ増加する傾向があり,濃度拡散と反対の傾向であることがわかった.この結果をもとに,輸送方程式にもとづいて考察し,濃度は運動量に比べて乱流拡散が遅れることを説明することができた.この考察結果は,燃料噴射により短時間で燃料を十分に拡散させるには,運動量拡散が進んだ時点で再び新たな運動量乱れ生成を付加する必要のあることを示唆する.
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