| 研究概要 |
本研究課題ではおもに,燃料-空気混合気の不均一性とそれに伴った燃焼過程の詳細について明らかにするために以下のような研究を行った.
まず,高速非定常噴流の流動・混合過程を明らかにすることを目的として,定容容器内に噴射されたガス噴流の流動をk-ε乱流モデルに基づいたCFDにより解析し,噴射圧力や雰囲気圧力などの噴射条件の影響および噴流流体による発達過程の変化を明らかにした.また,併せてラージエディシミュレーションを用いて非定常噴流内の流動および混合過程を検討し,噴流密度が小さいと空気をエントレインした領域で流れが減速し,エントレイン量も減少して混合が遅れることを示した.
粒子画像流束測定法(PIV)およびレーザ誘起蛍光法(LIF)を用いて,噴流内の速度,濃度の同時計測を行い,混合過程を検討した.とくに,噴流流体の密度の影響を明らかにするとともに,得られた結果に基づいて噴流内スカラー量の輸送機構について検討した.その結果,運動量とスカラー量が噴流密度にかかわらず,ほぼ相似であり,乱流シュミット数もほぼ1で有ることを明らかにした.
さらに,燃料濃度の不均一な混合気が乱流混合するのと同時に着火反応が進行する過程を基礎的に明らかにするために,確率過程論モデルに詳細化学反応計算を組み合わせて解析を行った.これにより,不均一度および混合速度が着火遅れ,燃焼期間に及ぼす影響について検討した.その結果,不均一混合気が着火に至る過程においては,冷炎による温度上昇の遅れ時間は,混合速度にかかわらずほぼ一定であり,熱炎着火の遅れ時間は,不均一度が増すにつれて短くなること,混合速度を下げるにしたがって,熱炎の温度上昇に要する時間は長くなることなどを明らかにした.さらに,熱炎における温度上昇時間は混合気の均一化速度にはあまり依存せず,主に温度上昇中の不均一度に大きいほど長くなることを明らかにした.
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