| 研究課題/領域番号 |
20K04311
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
中原 真也 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20315112)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 予混合燃焼 / 着火促進 / 微小火炎 / 乱流場 / 燃焼速度 / 火炎伸長 / 水素 / ルイス数 / 高速ガス流動 / ガス流動 / 天然ガス / 火炎サイズ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、次世代内燃機関などの開発に資する汎用的な着火制御法を提案するために、超希薄や模擬排気ガス添加を含む多様な水素-炭化水素-希釈ガス-酸素混合気を対象にし、次の事項を明らかにする。
①高強度乱流場も含む乱流特性が異なる２種類の等方性乱れ場および旋回流場における着火や火炎核形成を促進から抑制に遷移させる条件を支配する因子の解明、
②この遷移領域も対象とした火炎性状の調査により、その遷移領域のメカニズムの解明、
③分子拡散特性などに着目した混合気組成、および微小層流火炎の燃焼速度を基準とした乱流火炎伸長度などの乱流特性に基づく、着火および火炎形成特性を制御可能な包括的な着火モデル構築の可能性。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、超希薄混合気や高強度の等方性やスワールの乱流場に対して着火制御法を検討した．その結果，メタン，プロパンおよび水素の燃料の種類，窒素，アルゴンおよび二酸化炭素の希釈ガスの種類および水素の添加量並びに層流燃焼速度の差異によらず，まず層流場で微小火炎な火炎の燃焼速度の検討から，火炎半径rf=4mmの燃焼速度SLlはルイス数と良い線形的な良い相関関係にあることを明らかにした．さらに，乱流場での最小点火エネルギーについて検討し，乱流場での着火特性は，提案するrf=4mmのSLlを基準とする乱流カーロビッツ数を用いると，概ね着火特性が急激に悪化する遷移領域を予測できることを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で提案する微小層流火炎の火炎半径rf=4mmの燃焼速度SLlを基準とする乱流カーロビッツ数を用いると，乱流強度の増加に伴い悪化する着火特性を，安定的に着火できる領域と急激に着火特性が悪化する遷移領域を予測できる．この成果は，内燃機関であれば，炭化水素燃料の超希薄混合気でかつ高強度ガス流動場での着火特性を予測できることになり次世代エンジンの設計に有用な知見となる．さらに，水素利用社会においては，危険な燃焼特性を有する水素をどうすれば着火・爆発させずに安全に利用できるかを示す指針になり有用である．本研究成果は極めて学術的かつ社会的に意義は大きいと考える．
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